Séquence 4. La nature du vivant. Sommaire. 1. L unité structurale et chimique du vivant. 2. L ADN, support de l information génétique

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1 Séquence 4 La nature du vivant Sommaire 1. L unité structurale et chimique du vivant 2. L ADN, support de l information génétique 3. Synthèse de la séquence 4. Exercices Devoir autocorrectif n 2 Séquence 4 SN20 1

2 1 L unité structurale et chimique du vivant Pour s interroger Nous savons que sur la planète Terre il existe une grande diversité d êtres vivants capable d occuper des milieux très divers dont certains aux conditions de vie extrêmes. La planète Terre s est formée il y a 4,5 milliards d années soit bien avant que les premiers êtres vivants n apparaissent. Des questions À partir de quels éléments les êtres vivants se sont-ils constitués? La matière qui constitue les êtres vivants estelle la même que celle qui constitue la matière minérale? Peut-on dégager des caractéristiques propres à la matière vivante? Nous savons qu à l échelle macroscopique, on peut mettre en évidence des indices permettant d établir une parenté entre les êtres vivants. Peut-on trouver des indices en faveur de cette parenté au niveau atomique, au niveau moléculaire, au niveau cellulaire? A L unité chimique du vivant 1. Les matériaux du vivant Activité 1 Document 1 Recenser, extraire et organiser des informations En exploitant les documents ci-dessous, vous devez dégager les particularités de la matière vivante. Les briques élémentaires de la matière : les atomes H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te l Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Séquence 4 SN20 3

3 Il existe dans la nature 92 éléments chimiques possédant des propriétés chimiques et physiques spécifiques. Ces éléments sont les atomes. Les atomes sont les briques élémentaires de la matière. Les chimistes ont classé ces atomes dans un tableau, le tableau périodique, en fonction de leurs propriétés chimiques. Ils sont désignés par un symbole : H, He, C, O, N Les éléments sont classés par masse atomique croissante et par famille d éléments chimiques. Quelques symboles à connaître : Symbole de l élément H C O N P S Si Na K Élément Hydrogène Carbone Oxygène Azote Phosphore Soufre Silicium Sodium Potassium Document 2 Composition chimique de la matière vivante et non vivante Composition de l atmosphère (seuls les éléments les plus abondants sont indiqués) Élément chimique % N C 0,001 Composition de la croûte terrestre Élément chimique % O 44,9 Si 21,6 Fe 5,9 Mg 2,7 Al 2,9 Ca 2,3 K 2,2 C Traces H Traces N Traces 4 Séquence 4 SN20

4 Composition de l eau de mer q % C Traces H 65, Na 0,28 S 0,018 Cl 0,33 Composition chimique d un basalte (roche de la croûte terrestre) Élément chimique % de la masse totale 0 44,5 Si 23,6 Al 7,9 Fe 9,6 Mg 2,5 Ca 7,2 Na 1,9 K 0,1 Composition chimique d un granite (roche de la croûte terrestre) Élément chimique % de la masse totale 0 49,4 Si 32,4 Al 7,4 Fe 2 Mg 0,6 Ca 1 Na 2,6 K 4,6 Composition chimique d un végétal Élément chimique % de la masse totale C 11,6 H 0,8 0 77,6 N 8,7 P 0,7 S 0,2 Si Traces Al Traces Fe Traces Ca Traces Na Traces K Traces Séquence 4 SN20 5

5 Composition chimique d un être humain Élément chimique % de la masse totale C 19,4 H 5,6 0 62,8 N 9,3 P 0,63 S 0,64 Si 0,004 Al 0,001 Fe 0,005 Ca 1,38 Na 0,26 K 0,22 Questions En exploitant les données du document 2, trouver des arguments accréditant le fait que les êtres vivants sont constitués à partir d éléments chimiques disponibles sur la planète Terre. Dégager les particularités de la constitution chimique du monde vivant. Les atomes s associent et forment des molécules On teste différents échantillons (huile, eau, pomme, foie de veau, champignon) en les mettant au contact d une poudre blanche, le sulfate de cuivre anhydre. Document 3 Le test au sulfate de cuivre anhydre Quelle est la propriété du sulfate de cuivre anhydre? Quelle information sur la composition de la matière vivante cette expérience vous apporte-elle? Nous savons que les êtres vivants contiennent de l eau. En quelle quantité? 6 Séquence 4 SN20

6 Écrire un protocole expérimental qui permette d évaluer avec précision la quantité d eau contenue dans un échantillon donné, des champignons de Paris par exemple. Faire la liste du matériel nécessaire Décrire les différentes étapes de ce protocole. Document 4 Résultats expérimentaux obtenus à la suite de la déshydratation de 3 aliments Masse de Masse de foie de champignons de Masse de veau(g) salade(g) Paris(g) ,6 11, ,5 6,5 6,1 90 6,7 2, ,5 2,1 1,9 Calculer la quantité d eau (en pourcentage de la masse initiale) contenue dans chacun des échantillons suivants : foie de veau, champignons et salade. Document 5 La combustion du foie de veau Une expérience dioxygène eau de chaux morceau de foie buée cendres eau de chaux troublée Observation complémentaire : La combustion complète du foie de veau conduit à la formation d éléments non combustibles : les cendres. Celles-ci sont constituées de dif- férents éléments minéraux comme le sodium (Na) ou le potassium (K). Noter les transformations observées au cours de la combustion. Rappeler la propriété de l eau de chaux. Quelle propriété de la matière vivante cette expérience met-elle en évidence? Séquence 4 SN20 7

7 Rédiger un bilan dans lequel vous mettrez en évidence les particularités de la matière vivante. À retenir Les éléments chimiques entrant dans la composition de la matière vivante sont tous disponibles sur la planète Terre. La comparaison de la composition des atomes constitutifs de la matière vivante et celle du basalte par exemple, permet de mettre en évidence l originalité de la constitution chimique du monde vivant. Les atomes qui constituent les êtres vivants se retrouvent également dans la matière non vivante mais dans des proportions différentes. Les atomes C, H, O et N représentent plus de 95% de la masse des organismes. Les molécules formant le vivant peuvent être classées en 2 types de constituants : les constituants minéraux (eau et sels minéraux) et les constituants organiques. La molécule la plus abondante chez les êtres vivants est la molécule d eau. Elle représente 60% de la masse totale d un animal et 75% de la masse d un végétal en moyenne. La quantité d eau est cependant variable d un organisme à l autre. Ainsi, les méduses sont constituées à plus de 95% d eau alors que les graines n en contiennent que 10%... Document 6 La matière vivante est formée de matière minérale et organique Salade (20 g) Foie de veau (20 g) Eau 18,8 (94%) 13,5 (67,5 %) Eléments minéraux 0,14 (0,7%) 0,2 (1 %) Matière organique 1,04 (5,2%) 6,3 (31,5%) 2. Les molécules organiques du vivant On peut facilement mettre en évidence quelques molécules organiques constituant la matière vivante. Les molécules organiques sont réparties en 4 groupes : les glucides, les protides, les lipides et les acides nucléiques. Remarque Les acides nucléiques (famille à laquelle appartient l ADN) ne seront pas évoqués dans ce chapitre. 8 Séquence 4 SN20

8 Activité 2 Document 7a Recenser, extraire et organiser des informations L amidon et le glucose sont des molécules organiques appartenant à la catégorie des glucides. Le glucose est une molécule simple alors que l amidon est une molécule complexe. La mise en évidence des molécules organiques L albumine est une protéine synthétisée par le foie. C est également une protéine que l on retrouve dans le blanc d œuf. Les protéines appartiennent à la catégorie des protides. 7b Séquence 4 SN20 9

9 7c Questions Compléter le tableau suivant Réactif Lugol = eau iodée Test positif Molécule organique mise en évidence Liqueur de Fehling Soude + sulfate de cuivre Indiquer toutes les conclusions que l on peut déduire des expériences ci-dessus. Quelles sont les particularités chimiques des molécules organiques? Pour répondre cette question, vous allez utiliser un logiciel qui permet de visualiser des molécules. Ce logiciel est le logiciel Rastop. Utiliser les technologies de l information et la communication Télécharger le logiciel Rastop sur le site de l INRP (Institut National de Recherche Pédagogique) Lien : Si le lien ne fonctionne pas, tapez Rastop + INRP sur votre moteur de recherche. Télécharger les fichiers de molécules proposées dans le site des «Ressources associées» et stocker ces fichiers dans un dossier sur votre ordinateur que vous pouvez nommer «molécules séquence 4 chapitre 1». 10 Séquence 4 SN20

10 Lancer le logiciel Rastop. Une fenêtre apparaît alors à l écran. Cliquer sur Fichier puis Ouvrir. Ouvrir le dossier «molécules séquence 4 chapitre 1». Cliquer sur le fichier «dioxyde de carbone» puis cliquer sur ouvrir. Apparaît alors sur votre écran l image suivante : Pour faire pivo- ter la molécule, clic gauche sur la molécule. Pour modifier la taille de la mo- lécule, appuyez sur la touche majuscule de votre clavier et clic gauche de la souris. Pour afficher une représentation de la molécule. Les icones encadrés ci-dessous permettent de modifier la représentation de la molécule : sphères, étoiles, fil de fer, boules et bâtonnets, bâtonnets. Modifier, en cliquant successivement sur chacune de ces icones, la représentation de la molécule. Choisir la représentation en boules et bâtonnets. Pour obtenir des informations sur la molécule, cliquer sur Molécule puis Information puis Molécule. Pour connaître le nom d un atome. Cliquer sur l atome dont vous souhaitez connaître le nom. L indication apparaît en bas de la fenêtre. Dans l exemple ci-dessous, l expérimentateur a d abord cliqué sur l atome repéré par le chiffre1 puis sur l atome repéré par le chiffre 2. Séquence 4 SN20 11

11 Les informations relatives à l atome sur lequel vous avez cliqué sont précédées par ce signe : Pour déterminer la taille d une molécule. Cliquer sur l icône «distances». Cette icône est repérée par un rectangle sur l image ci-dessous. Cliquer sur les atomes situés aux extrémités de la molécule. La distance s affiche. L unité utilisée par ce logiciel est l angström (symbole Å). Cette unité n est pas celle du système international. La valeur affichée doit être convertie en nanomètres (symbole nm). 1 Å = 0,1 nm = m. Objectif Document 8 Vous devez comparer 5 molécules : dioxyde de carbone, glucose, acide arachidonique, tyrosine et eau. L acide arachidonique est un acide gras. Il appartient à la catégorie des lipides. La tyrosine est un acide aminé. Les acides aminés appartiennent à la catégorie des protides. Les molécules de glucose, acide arachidonique et tyrosine sont des molécules simples. Caractéristiques de quelques molécules organiques et minérales Molécules minérales Molécules organiques Nombre d atomes Dioxyde de carbone Glucose Acide arachidonique Tyrosine Eau Taille de la molécule. En nanomètre En mm Types d atomes composant la molécule. (1) (1) Vous devez indiquer les noms des différents atomes composant la molécule. 12 Séquence 4 SN20

12 Compléter le tableau ci-dessus. Déduire de votre travail, ce qui différencie sur le plan chimique, les molécules minérales et organiques. Document 9 Le vivant est constitué d un nombre limité de molécules de base Excepté l eau, la quasi-totalité des molécules du vivant sont des molécules carbonées. Un nombre limité de molécules simples sont à la base de tous les être vivants. Ce sont les acides aminés, les acides gras et les glucides simples. Ces molécules simples peuvent s associer pour former des édifices moléculaires plus complexe. Ainsi les protéines, sont de grosses molécules parfois constitués de plus de 300 acides aminés. Il existe 20 acides aminés différents dans la nature. Une protéine humaine, une protéine d éléphant ou une protéine végétale sera donc constituée à partir des mêmes briques élémentaires. L amidon et le glycogène sont deux glucides complexes L amidon est une molécule de réserve chez les végétaux ; le glycogène est une molécule de réserve chez les animaux et les levures. Ces deux glucides sont formés à partir des mêmes éléments de base : des molécules de glucose. Les acides gras entrent dans la composition des membranes plasmiques. Une membrane plasmique de cellule humaine ou une membrane plasmique de cellule de levure est formée des mêmes acides gras. En utilisant l ensemble des informations acquises au cours des activités 1 et 2, montrer que l analyse chimique témoigne en faveur d une parenté des êtres vivants. Vous pouvez ouvrir, à l aide de Rastop, les fichiers suivants : glycogène et glucagon. Le glucagon est une protéine synthétisée et sécrété par les cellules du pancréas. Cela vous permettra de mieux comprendre ce qui distingue une molécule simple d une molécule complexe. À retenir Les êtres vivants sont constitués des mêmes éléments chimiques : C, H O et N pour l essentiel. La molécule la plus importante sur le plan quantitatif est l eau. Les êtres vivants sont constitués de molécules organiques. Ce sont les mêmes types de molécules que l on retrouve chez tous les êtres vivants : glucides, lipides et protides. Cette unité chimique des êtres vivants témoigne de la parenté des êtres vivants. Séquence 4 SN20 13

13 B Organisation des êtres vivants à l échelle de la cellule Nous savons qu à l échelle macroscopique, il est possible de mettre en évidence des indices de parenté. Ces indices peuvent-ils se retrouver à l échelle microscopique? Document 10 Les techniques d observation Le pouvoir de résolution est la distance en-deçà de laquelle 2 points ne peuvent plus être distingués. Celui de l œil humain est de 100 μm soit 0,1 mm. La taille des cellules animales étant de l ordre de 10 μm en moyenne, la compréhension du fonctionnement des cellules et de leur structure doit pour beaucoup aux progrès réalisés dans le domaine de la microscopie. Au début du 17 ème siècle, apparaissent les premiers microscopes. Comme les microscopes utilisés au lycée, il s agissait de microscopes photoniques. Le fonctionnement est relativement simple. La lumière visible (d où le terme de photonique) traverse la préparation puis un système de lentilles qui grossit l image parvenant sur la rétine de l observateur. Au milieu du 17 ème siècle, Robert Hooke observe un morceau de liège sous un microscope. «Je pris un morceau d écorce bien propre et, avec un couteau tranchant comme un rasoir, j en coupai un morceau et l examinant avec un microscope, je pus voir qu il était un peu poreux, ressemblant à un rayon de miel». Lui rappelant les cellules occupées par les moines, Hooke donna le nom de cellules aux pores observées. Le liège étant un tissu végétal mort, Hooke n avait observé que les parois des cellules vides. Parois à l origine fabriquées par les cellules disparues Depuis l époque déjà lointaine où Hooke observait son liège, le microscope photonique s est perfectionné. Au début du 19 ème siècle, les microscopes étaient suffisamment performants pour observer les cellules formant les tissus animaux et végétaux. Ces observations permirent à Schwann et Schleiden de proposer en 1838 la théorie cellulaire. Cette théorie postule que la cellule est l unité structurale et fonctionnelle des êtres vivants et constitue l avènement de la biologie cellulaire. Aujourd hui, un microscope photonique peut grossir 1000 fois la taille de l objet observé. Cela permet de distinguer des structures dont la taille réelle est de 0,5 μm. Cependant, tout comme l œil humain, le pouvoir de résolution des microscopes a une limite. Cette limite est physique et non technique et ne saurait donc être dépassée. Celui des microscopes photoniques est de 0,2 μm. 14 Séquence 4 SN20

14 Par conséquent, la plupart des structures intracellulaires ou organites c est-à-dire les structures fines de cellules échappent à «l œil» du microscope photonique. Au milieu du 20 ème siècle, l invention du microscope électronique repousse les limites et permet de plonger dans l intimité des cellules. Le microscope électronique n utilise plus la lumière visible mais des électrons. Le pouvoir de résolution est alors de 0,2 nm soit 1000 fois supérieure à celui du microscope photonique. Pour qu un faisceau d électrons puisse former une image, il est nécessaire que les électrons traversent l échantillon. Cela implique de découper les cellules en tranches très fines d une centaine de μm. Les photographies de microscopie électronique représentent donc des images d une cellule en coupe et non des images d une cellule entière. Des travaux utilisant la technologie du microscope électronique aboutiront à une réorganisation de la classification du vivant en distinguant la cellule eucaryote et la cellule procaryote. 1. Les informations apportées par le microscope optique Activité 3 Protocole Document 11 Recenser, extraire et organiser des informations Les cellules qui constituent l intérieur de la bouche sont solidaires les unes des autres et forment un tissu, le tissu épithélial. Les cellules de la couche superficielle se désagrégeant facilement, il est aisé de les récupérer. Pour cela, on gratte l intérieur de la joue avec un coton-tige. Le prélèvement est placé entre lame et lamelle dans une goutte d eau puis observé au microscope photonique. Sur l objectif utilisé on peut lire ( X40) et sur l oculaire (X10). Cellules de l épithélium buccal observées au microscope photonique Réaliser un dessin d observation de la cellule ci-dessus. (Voir le point méthode «réaliser un dessin d observation») Annoter votre dessin en utilisant les mots suivants : noyau, membrane plasmique, cytoplasme. Séquence 4 SN20 15

15 Calculer la taille de cette cellule en μm puis en mm. Point méthode Réaliser un dessin d observation Préparer votre feuille dessin (Voir ci-contre.) Centrer le dessin Écrire dans l espace réservé la légende. Les traits de rappel sont horizontaux et tracés à la règle. Écrire un titre précis. Le titre doit contenir les indications suivantes : l objet observé et le moyen d observation utilisé. : Œil nu, microscope photonique, loupe binoculaire, microscope électronique. Remarque e : Le dessin, les traits de rappel ainsi que les légendes sont réalisés au crayon à papier. Document 12 Cellule nerveuse de rat images/04_7_308.jpg Document 13 Légender la photographie ci-dessus. Au sein des organismes pluricellulaires, les cellules sont le plus souvent jointives. Coupe de pancréas observée au microscope optique montrant de nombreuses cellules photo/histo_ani/pancreas/ pancr02n.jpg 16 Séquence 4 SN20

16 Information scientifique n 1 La membrane plasmique des cellules végétales est doublée d une paroi de cellulose qui assure un rôle de soutien. Cette paroi est la paroi cellulosique. Le cytoplasme des cellules végétales contient une vacuole. C est un compartiment limité par une membrane qui contient de l eau et diverses substances dissoutes. Cette vacuole peut également contenir des pigments colorant la cellule. Ainsi le liquide contenu dans la vacuole des cellules d oignons rouges est coloré en rouge. Ces pigments sont également à l origine des couleurs variées des pétales. Protocole Document 14 A l aide d une pince et de ciseaux, un fragment de l épiderme externe d une écaille d oignon rouge est prélevé puis monté dans une goutte d eau avant d être observé au microscope optique. Objectif : X40 Oculaire : X10 Cellules d oignon rouge observées au microscope optique Indiquer la taille d une cellule d oignon rouge en μm puis en mm. Réaliser un dessin annoté d une cellule d oignon rouge. Information scientifique n 2 Les feuilles des végétaux sont constituées de cellules chlorophylliennes. Dans le cytoplasme de ces cellules, on trouve de nombreux organites verts : les chloroplastes. Ces derniers contiennent un pigment, la chlorophylle qui donne la couleur verte aux plantes. Séquence 4 SN20 17

17 Protocole expérimental L élodée est un végétal d eau douce. Une feuille est prélevée dans le bourgeon terminal puis montée entre lame et lamelle dans une goutte d eau. Document 15 Feuille d élodée observée au microscope optique BIPS 2000 Légender la photographie ci-dessus. Compléter le tableau récapitulatif : document 16 Document 16 Tableau récapitulatif des observations effectuées au microscope optique Types de cellules Paroi (1) Membrane plasmique (1) Noyau (1) Cytoplasme (1) Forme de la cellule Taille de la cellule (μm) Cellules animales Cellules de l épithélium buccal Cellule nerveuse de rat Cellules de pancréas Cellules végétales Cellules chlorophylliennes Cellules de la feuille d élodée Cellules non chlorophylliennes Cellules de l épiderme d oignon (1) Compléter par oui ou non. Ne pas renseigner. 18 Séquence 4 SN20

18 Pour s interroger Les observations réalisées au microscope optique apportent quelques informations sur la structure des cellules. Si les cellules observées présentent des formes et des tailles différentes, on a pu constater qu elles partageaient un certain nombre de caractères : la présence d une membrane plasmique contenant un cytoplasme. Les cellules végétales possèdent une paroi dont sont dépourvues les cellules animales. Si on peut observer la présence d organites (chloroplastes) dans les cellules végétales chlorophylliennes, aucun organite n a été mis en évidence dans les cellules animales. Cela signifie-t-il que le cytoplasme des cellules animales en soit dépourvu? Le microscope optique permet d observer nettement le noyau des cellules animales. Cela n est pas le cas pour les cellules végétales. Possèdent-elles un noyau? Par ailleurs, nous savons que les cellules végétales possèdent une vacuole volumineuse. La présence de cette vacuole pourrait alors rendre difficile l observation de ce noyau auquel cas conclure à l absence de noyau constituerait une erreur. Les scientifiques nous apprennent que le nombre de bactéries sur Terre est estimé à Ces bactéries partagent-elles des points communs avec les cellules animales, végétales? Possèdent-elles comme les cellules animales et végétales, une membrane plasmique? Ces bactéries étant de petite taille, il est difficile de les observer au microscope optique. Afin de pouvoir résoudre le problème scientifique que l on peut rappeler «les indices de parenté peuvent-ils se retrouver à l échelle microscopique» il est nécessaire de répondre à ces questions. Pour y répondre, nous devons utiliser les informations apportées par la microscopie électronique. 2. La microscopie électronique révèle l ultrastructure des cellules Activité 4 Recenser, extraire et organiser des informations Les documents 17,18 et 19 sont des électronographies. Une électronographie est une photographie prise au microscope électronique. Ces clichés sont le plus souvent en noir et blanc. Séquence 4 SN20 19

19 Ce que vous devez faire En utilisant les informations acquises au cours des observations réalisées en microscope optique et les clichés de microscopie électronique, vous devez réaliser une classification en groupes emboîtés des 3 types cellulaires suivants. Cellule animale Cellule végétale chlorophyllienne Cellule bactérienne. Le document 20 vous rappelle les principes de la classification emboitée vue au collège. Aide à la réalisation Légender, sans utiliser les aides disponibles, les 3 photographies en réinvestissant le vocabulaire scientifique acquis au cours de l activité 3. Vérifier et compléter votre légende en utilisant les aides n 1, n 2 et n 3. Réaliser un tableau comparatif des 3 types cellulaires (Sur le modèle du document 16). Réaliser votre classification en groupes emboîtées en vous aidant du document 20. Information scientifique n 3 De très petite taille, les bactéries sont difficilement observables au microscope optique. Le nombre de bactéries sur Terre est estimé par les scientifiques à On les rencontre dans les milieux les plus divers voire dans les milieux extrêmes (Au fond des océans, dans les lacs salés, dans les sources d eau chaudes ) On les rencontre aussi dans le tube digestif de l homme (Escherichia coli par exemple) ou sur sa peau. On estime qu un cm 2 de peau humaine peut héberger des milliers de bactéries sans que cela ne pose de problèmes. On trouve également des bactéries dans les aliments que nous consommons tels les yaourts. 20 Séquence 4 SN20

20 Document 17 Cellule animale observée au microscope électronique Remarque : La longueur du trait noir de l échelle (en bas à gauche) correspond à 2 μm. Bic Bordeaux-Imaging-Center/Imagerie Electronique. Document 18 Cellule bactérienne observée au microscope électronique Remarque : La longueur du trait noir de l échelle (en bas à gauche) correspond à 100 nm. 1 nm = 10-9 m. Bic Bordeaux-Imaging-Center/Imagerie Electronique Séquence 4 SN20 21

21 Document 19 Cellule végétale chlorophyllienne observée au microscope électronique Bic Bordeaux-Imaging-Center/magerie Electronique Aide 1 La cellule bactérienne est limitée par une paroi. Celleci est cependant différente de la paroi observée chez les végétaux. Sous la paroi se trouve la membrane plasmique qui contient le cytoplasme. Aide 2 On observe nettement la membrane plasmique qui délimite la cellule animale. Le cytoplasme présente de nombreuses structures ovoïdes (de l ordre du micromètre) délimitées par une membrane. Ces organites sont des mitochondries. D autres organites dont vous découvrirez plus tard le nom et la fonction sont également visibles. Au centre de la cellule, le matériel génétique est localisé dans un territoire limité par l enveloppe nucléaire : c est le noyau. La limite extérieure épaisse correspond à la paroi. La membrane plasmique repoussée contre la paroi n est pas visible. Une vacuole volumineuse occupe une bonne partie du volume cellulaire. Le noyau est bien visible. Aide 3 Le cytoplasme est occupé par des organites : de très nombreux chloroplastes et quelques mitochondries. A l intérieur des chloroplastes des grains d amidon sont nettement visibles. 22 Séquence 4 SN20

22 Document 20 La classification en groupes emboîtés E1 Caractère 1 Caractère 2 Caractère 3 E3 E2 E5 Caractère 5 Caractère 7 E7 E4 Caractère 6 E6 Caractère 4 À retenir Tous les êtres vivants sont constitués de cellules. Certains sont formés d une seule cellule alors que d autres sont constitués de milliards de cellules. Toutes les cellules possèdent une membrane plasmique contenant du cytoplasme. La cellule est donc l unité d organisation des êtres vivants. Cette unité sur le plan structural témoigne de leur parenté. Les observations réalisées en microscopie optique puis électronique nous permettent cependant de préciser les relations de parenté. On distingue, en effet, deux types de cellules. Des cellules qui se caractérisent par l absence d organites et notamment l absence de noyau. Le matériel génétique est dans le cytoplasme de la cellule Ce type de cellule est qualifié de procaryote. Les bactéries sont des cellules procaryotes. Un autre type de cellules qui se caractérise par la présence dans le cytoplasme de nombreux organites. Le matériel génétique est contenu dans un organite spécifique : le noyau Ce type de cellule est qualifié d eucaryote. Les cellules animales, végétales sont des cellules eucaryotes. On peut observer une unité cellulaire sur le plan structural. Qu en est-il sur le plan fonctionnel? Séquence 4 SN20 23

23 C Des transformations chimiques à l intérieur des cellules Document 21 De l organisme à la molécule Pour s interroger Cned. Document 22 Le muscle est le siège de réactions chimiques qui impliquent des échanges énergie Réactions chimiques Sang entrant Sang sortant Questions Compléter les 4 rectangles en utilisant les éléments suivants : A) C0 2 B) Nutriments C) H 2 0 D) O 2 24 Séquence 4 SN20

24 Nous savons que les organes réalisent des échanges avec le milieu extérieur. Ainsi, les muscles prélèvent dans le sang de l 0 2 et des nutriments comme le glucose. Des réactions chimiques entre le glucose et 0 2 permettent de produire l énergie nécessaire au fonctionnement des muscles. Une petite partie de cette énergie est dissipée sous forme de chaleur. Nous savons, d autre part, que les organes sont constitués de cellules. Ces réactions chimiques se déroulent-elles à l intérieur des cellules? Si c est le cas, peut-on préciser la nature et l importance des échanges entre les cellules et leur milieu extérieur? Afin de répondre à ces questions, on utilise des levures qui constituent un modèle cellulaire facile à manipuler. Activité 5 Document 23 Les levures sont des organismes unicellulaires. La levure de bière ou Saccharomyces cerevisiae est bien connue de l homme puisqu utilisée depuis des millénaires dans la fabrication du pain (c est elle qui produit le C0 2 qui fait gonfler le pain) du vin ou de la bière. Comme les cellules humaines, les levures possèdent un noyau qui contient leur patrimoine génétique. Ce sont donc des eucaryotes. Faciles à cultiver et non pathogènes, elles constituent un modèle cellulaire très utilisé par les scientifiques. Leur culture et leur utilisation dans le cadre d un lycée ne pose aucun problème. La notion de modèle cellulaire signifie que les conclusions que nous allons établir pourront s appliquer aux autres cellules, à d autres organismes unicellulaires mais également à chacune des cellules formant un organisme pluricellulaire comme l homme par exemple. Levures observées au microscope optique J.M. Salmon, INRA UMR Sciences pour l Œnologie. Séquence 4 SN20 25

25 Questions Protocole expérimental n 1 Document 24 Sur la photographie ci-avant, repérer une levure. Indiquer sur le document 23 les termes suivants : Milieu intracellulaire. Milieu extracellulaire. Membrane plasmique. Les levures Saccharomyces cerevisiae se reproduisent par bourgeonnement si le milieu est favorable. Le bourgeonnement résulte de la formation de deux cellules de taille inégale. Repérer, sur le document 23, une levure en bourgeonnement. On réalise une suspension de levures en mélangeant 10 grammes de levures à un litre d eau. Une goutte de cette suspension est prélevée à l aide d une pipette puis placée entre lame et lamelle avant d être observée au microscope optique. On ajoute sur le bord de la lamelle du rouge neutre. Le rouge neutre est un colorant compatible avec la vie des cellules. Observation de levures avec rouge neutre et sans rouge neutre 1 2 Suspension de levures à 10g.L -1 Rouge neutre Pipette Lamelle Lame (x800) (x800) Observation microscopique n 1 Champ du microscope 1 levure Observation de la lame 1 Observation de la lame 2 26 Séquence 4 SN20