BILANS DU CHAPITRE 2

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1 BILANS DU CHAPITRE 2 Année M Michalak LA NATURE DU VIVANT Les êtres vivants sont constituées d éléments chimique formant la matière dite organique alors que les éléments chimiques de la Terre forment la matière minérale. Glucides, lipides et protides sont appelées des molécules organiques ou carbonées, car elles ont une structure carbonée, constituée d atomes de carbone liés à d autres atomes. LA MATIERE MINERALE ET ORGANIQUE On peut modéliser la structure de la matière afin d identifier les atomes la constituant. Les éléments chimiques abondants dans la matière minérale (la roche) sont l oxygène, le silicium, l aluminium, le fer, le calcium, le magnésium, sodium et potassium. On définit une molécule comme étant organique, si Teneur en eau du corps elle possède un ou des atomes humain de carbone liés à des atomes d hydrogène. Si on la compare à la matière organique, on remarque une composition chimique totalement différente. En effet, la matière organique est essentiellement composée d oxygène, de carbone et d hydrogène (avec un faible pourcentage d azote, de calcium et de phosphore). Les glucides et les lipides sont formés d atomes de carbone, d hydrogène et d oxygène, alors que les protides contiennent en plus des atomes de soufre et d azote. La matière vivante se distingue donc de la matière minérale par sa richesse en carbone, hydrogène et oxygène. La matière des êtres vivants est donc une matière carbonée riche en eau. Les êtres vivants présentent une profonde unité chimique qui est un premier indice de leur parenté. Ces éléments sont associés pour former des molécules d eau ainsi que d autres molécules. La teneur en eau d un corps humain adulte est de 65%, chaque partie du corps humain ayant sa propre richesse en eau. L ensemble formant un milieu aqueux propice à la vie. Le monde inerte et le monde vivant sont constitués d éléments chimiques disponibles sur le globe terrestre, mais dans des proportions très différentes. Les éléments chimiques de la matière vivante sont parmi les plus abondants du système solaire. L eau est la molécule la plus abondante chez les êtres vivants, les autres molécules se répartissent principalement dans 3 catégories : les glucides, lipides et protides. 1

2 Comparaison des éléments chimiques du système solaire, de la matière organique et de la matière minérale : nous sommes de la «poussière d étoile». Les molécules LES NIVEAUX D ORGANISATION DU VIVANT Les molécules sont des constituants de base qui, organisées entre-elles, forment un être vivant. Les Glucides : sont des molécules constituées de carbone, d hydrogène et d oxygène qui constituent des sucres. Glucose : symbolisé Glc, formule chimique C6H12O6 C est le sucre qui est directement utilisable par les cellules de l organisme, il sert de source d énergie, de «carburant» aux cellules. Le glucose est dégradé, sous l action du dioxygène, dans la mitochondrie. Saccharose : sucre extrait de la betterave à sucre (sucre blanc), il est constitué d une molécule de glucose et une molécule de fructose, non utilisable directement par les cellules. Amidon : macromolécule de glucose, c est une molécule de réserve en sucres (sucre lent), qui se trouve chez les végétaux (graines, racines, pomme de terre, banane..) Une macromolécule est une molécule de grande taille. 2

3 Les Lipides : sont des molécules hydrophobes, constituées de carbone, d oxygène et d hydrogène et constituent la matière grasse des êtres vivants. sont les constituants des membranes cellulaires (phospholipides) sont des réserves énergétiques importantes chez les animaux sont indispensables au bon fonctionnement de l organisme mais trop de lipides entraîne des maladies cardio-vasculaires. Molécule de Lipide : grande richesse en atomes de carbone et hydrogène Les Protides : sont des molécules constituées de carbone, d hydrogène, d oxygène, d azote et de soufre. servent à maintenir la structure de la cellule, des organes permettent le transport des molécules dans l organisme modulent l activité d autres protéines (réactions chimiques en cascade) influent sur la concentration de molécules (ex : insuline qui régule le taux de sucre dans le sang) Molécule de Protide : richesse carbone, oxygène, hydrogène, azote et soufre. aliments riches en protéines : viande, poisson, oeuf, fromages, céréales complètes, soja, pain, pâtes, riz, fruits secs (noix) Un être vivant est constitué d organes spécialisés (le coeur, le foie, le cerveau...), observables à l oeil nu. Les organes sont tous constitués de cellules qui sont observables au microscope optique et dont la taille est de quelques micromètres pour une cellule animale. Les cellules contiennent divers organites bien délimités, comme le noyau et les mitochondries présents dans toutes les cellules ou encore les chloroplastes présents uniquement dans les cellules végétales chlorophylliennes. Pour observer la structure des organites, il est nécessaire d utiliser un microscope électronique. Les molécules qui constituent les organites cellulaires sont beaucoup plus petites, de l ordre de quelques nanomètres (soit 1000 fois plus petit qu une cellule). Les niveaux d'organisation du vivant Un être vivant est une structure hautement organisée : il est constitué d organes qui sont formés de cellules qui, elles-mêmes, sont formées de molécules nécessaires à son organisation et à son fonctionnement. 3

4 LA CELLULE, UNITE DU VIVANT La cellule animale est un espace délimité par une membrane La cellule est la plus petite unité au niveau de laquelle la vie est observable : c est une structure capable de se développer, de se reproduire et d évoluer. Observation d une cellule animale au microscope électronique à transmission (M.E.T.) En microscopie électronique, les cellules animales apparaissent entourées d une membrane cellulaire. A l intérieur de la cellule on trouve un cytoplasme contenant un noyau et des organites spécialisés appelés mitochondries. 1. Membrane cellulaire 2. Cytoplasme 3. Enveloppe nucléaire 4. Pore nucléaire (trou dans l enveloppe nucléaire) 5. Mitochondrie 6. Noyau 7. Nucléole 4

5 La Mitochondrie 1 1. Membrane externe 2 2. Membrane interne 3 3. Crête mitochondriale 4. Cytoplasme La mitochondrie contient un ADN mitochondrial situé dans le cytoplasme et non délimité par une enveloppe..ceci laisse à penser que la mitochondrie proviendrait de l évolution d une bactérie. 4 La mitochondrie est un organite spécialisé dans la respiration cellulaire : son rôle est de fournir de l énergie aux cellules des organes. Cette énergie est obtenue par dégradation des molécules de glucose à l intérieur de la mitochondrie, sous l action du dioxygène. Ce même dioxygène provenant de la respiration pulmonaire, est amené aux mitochondries par le sang. La cellule végétale est un espace délimité par une paroi En microscopie optique, les cellules végétales chlorophylliennes apparaissent entourées d une paroi (1) (structure plus épaisse et complexe que la membrane des cellules animales). A l intérieur de la cellule on trouve un cytoplasme (2) contenant un noyau et des organites spécialisés appelés chloroplastes. (3) 2 Observation de cellules végétales chlorophylliennes en microscopie optique L e c h lo ro p l a s t e e s t u n organite spécialisé que l on trouve uniquement dans le cytoplasme des cellules végétales chlorophylliennes : il contient de la chlorophylle et il est le lieu de la photosynthèse. La chlorophylle est un pigment photosynthétique de couleur verte (elle absorbe toutes les longueurs d ondes sauf celles correspondantes au vert). Observation de cellules végétales chlorophylliennes en MET 5

6 La photosynthèse est le mécanisme par lequel un végétal chlorophyllien transforme la matière minérale (le dioxyde de carbone, l eau...) en matière organique (amidon, sucres..) sous l action de la lumière (énergie lumineuse des photons). Un être vivant qui peut effectuer la photosynthèse est donc un être vivant qui peut produire sa propre matière organique, sa propre nourriture, il est autotrophe. Un photon est une particule d énergie lumineuse, qui ne possède ni charge ni masse. L autotrophie est la propriété d un être vivant à fabriquer de la matière organique à partir de matière minérale et d énergie. L hétérotrophie est la propriété d un être vivant qui ne peut élaborer sa propre matière organique qu à partir de matière organique préexistante, c est donc un consommateur (animaux) ou un décomposeur (champignons). Attention! toutes les cellules végétales ne sont pas chlorophylliennes! Certaines, comme les champignons (levures, etc...), ne contiennent pas de chloroplastes, elles ne peuvent donc pas effectuer la photosynthèse et ne sont donc pas autotrophes. On les appellera alors des êtres vivants à métabolisme hétérotrophe (comme tous les animaux) Chez certains mutants, c est-à-dire des organismes dont l information génétique est modifiée, le métabolisme est différent. L effet de ces mutations montre bien que la capacité d une cellule à réaliser un échange avec son milieu dépend de son information génétique. D autres expériences montrent que le métabolisme d une cellule dépend aussi des conditions du milieu environnant. La vie de la cellule est liée à de nombreuses réactions chimiques qui se déroulent en son sein et définissent son métabolisme. Mais la cellule n est pas indépendante de son environnement. C est un espace limité par une membrane à travers laquelle se produisent des échanges d'énergie et de matières indispensables à son métabolisme. La cellule, un indice de parenté entre les êtres vivants Tous les êtres vivants sont constitués de cellules. Ce fait témoigne de leur parenté. Pour préciser les relations de parenté, il faut observer les structures de chaque cellule, y repérer les organites communs, les structures communes et ainsi établir un classement en catégories d êtres vivants : les procaryotes et les eucaryotes. Les eucaryotes sont des organismes dont les cellules (ou la cellule pour un être vivant unicellulaire) possèdent de nombreux compartiments internes délimités par des membranes (organites) et dont le matériel génétique (ADN) est condensé avec des protéines (ce qui forme des chromosomes). Cet ADN est contenu dans un organite appelé «véritable noyau» (noyau délimité par une enveloppe nucléaire). Les procaryotes sont des cellules simples qui ne possèdent pas d organites (ni chloroplastes, ni mitochondries) et où le matériel génétique n est pas condensé avec des protéines (pas de chromosomes) et n est pas contenu dans un noyau. 6

7 Homme : Eucaryote Elodée : Eucaryote (végétal chlorophyllien) Levure : Eucaryote (végétal non chlorophyllien) Bactérie : Procaryote Tableau comparatif d êtres vivants Les animaux, les plantes et les champignons possèdent des cellules compartimentées contenant des organites spécialisés comme le noyau, les mitochondries, etc.., ce sont des eucaryotes. Ils ont un métabolisme hétérotrophe. Seules les végétaux chlorophylliens possèdent des chloroplastes. Ils ont un métabolisme autotrophe. Les bactéries sont de très petites cellules à l organisation interne très simplifiée, sans compartiments, sans organites, ce sont des procaryotes. A partir de tous ces caractéristiques, une classification évolutive du monde vivant a été construite. Les eucaryotes regroupent tous les êtres vivants dont les cellules possèdent un noyau et des organites. Au sein des eucaryotes, les membres de la lignée verte sont les seuls à posséder des chloroplastes dans leurs cellules. Le métabolisme est l ensemble des transformations chimiques qui se déroulent dans la cellule. Il est soumis à un double contrôle : par les conditions de l environnement et par l information génétique. La cellule est une unité structurale et fonctionnelle commune à tous les êtres vivants. Son existence est un indice de la parenté de l ensemble des organismes du monde vivant qui partagent un très lointain ancêtre qui leur a légué des caractères communs, on l appelle l ancêtre commun. 7

8 SCHEMA BILAN MATIERE MINERALE ET ORGANIQUE 8

9 SCHEMA BILAN LA CELLULE ET SON METABOLISME 9

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