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1 BO SPE SVT : METABOLISME Thème : Diversité et complémentarité des métabolismes (10 semaines) Autotrophie et hétérotrophie ont été identifiées en classe de seconde comme deux types majeurs de métabolismes chez les êtres vivants. Cette partie du programme de spécialité de la classe de terminale S donne l occasion d étudier le métabolisme à l échelle de l organisme et de la cellule. Elle conduit à une meilleure compréhension des phénomènes à l origine de la synthèse des constituants moléculaires des cellules. La phase photochimique de la photosynthèse et la respiration mitochondriale sont des processus contribuant au renouvellement de molécules comme l ATP utilisées lors des synthèses et activités cellulaires (transports, mouvements). L étude de ces fonctions donne aussi l occasion de compléter la construction du bilan structural et fonctionnel de la cellule en tenant compte des acquis des années précédentes, et d aborder l origine d'organites tels que mitochondries et chloroplastes.

2 ACTIVITÉS NOTIONS ET CONTENUS DU CARBONE MINERAL AUX COMPOSANTS DU VIVANT : PHOTO-AUTOTROPHIE POUR CARBONE Exemple écosystème Relations trophiques. Dans les écosystèmes des relations trophiques s établissent entre les producteurs I autotrophes et II hétérotrophes. Les producteurs I utilisent le carbone de CO 2 atmosphère pour constituer les chaînes carbonées, bases des composants du vivant. Carbone oxydé dans l atmosphère, réduit dans la matière des organismes. Coupe de feuille, parenchyme chlorophyllien, stomates. Chloroplastes. Production MO + O 2 à la lumière, avec CO 2 et chlorophylle. Chromatographie des pigments. Spectres d absorption, d action. Conditions dégagement O2, Réaction de Hill. Chez les végétaux supérieurs, le CO 2 pénètre dans les feuilles par les stomates, atteint les chloroplastes, lieu de la réduction du CO 2. Bilan des transformations : 6 CO H 2 O > C 6 H 12 O O H 2 O 2 phases : photochimique dans thylakoïdes, collecte de photons, oxydoréductions H 2 O/O 2, intermédiaires RH 2 /ATP (ADP+Pi) et non photochimique dans le stroma, incorpore / réduit CO 2 pour synthèse de glucides. Elle nécessite accepteur de CO 2, ATP et composés réduits RH 2. Limites : facteur limitant ; fonctionnement centres photosynthétiques, chaînes rédox et ATP syntéthase.

3 ACTIVITÉS NOTIONS ET CONTENUS DU CARBONE MINERAL AUX COMPOSANTS DU VIVANT : PHOTO-AUTOTROPHIE POUR CARBONE Amidon dans chloroplastes. Composés glucidiques formés par réduction CO 2, exportés hors du chloroplaste vers le cytoplasme ; ils peuvent être temporairement stockés dans le chloroplaste sous forme d amidon. Dans la cellule chlorophyllienne, les produits initiaux de la photosynthèse permettent la synthèse de saccharose et de tous les autres constituants chimiques (glucides, lipides, protéines, acides nucléiques ) grâce à un apport d ions minéraux transportés par la sève brute. Mise en évidence de réserves dans des graines, des fruits, des organes souterrains. Limites : mécanismes et des supports de transport des sèves, absorption racinaire, synthèses des différents constituants des êtres vivants. Le saccharose des cellules foliaires, en partie utilisé sur place, est exporté hors des feuilles vers les cellules des zones en croissance et de stockage de réserve (graines et organes de réserve), parties pérennes de la plantes, paroi cellulosique et bois. Les zones non chlorophylliennes d une plante se comportent comme des parties hétérotrophes d un être autotrophe.

4 L ATP, MOLECULE INDISPENSABLE A LA VIE CELLULAIRE Cyclose Contraction de fibre musculaire Electronographie À l exception du chloroplaste qui effectue des synthèses à partir du carbone minéral, les activités des cellules se traduisent par des synthèses à partir de molécules préexistantes (glycogène par exemple), par des mouvements (actine-myosine). Ces activités consomment l ATP, qui n'est pas stocké, mais régénéré.

5 DEGRADATION DES COMPOSES ORGANIQUES REGENERATION DES INTERMEDIAIRES METABOLIQUES Toute cellule vivante, isolée ou non, animale / végétale (autotrophe / non autotrophe), régénère son ATP en oxydant des molécules organiques par respiration fermentation. Respiration de cellules. Pour le glucose, la respiration cellulaire se traduit par : C 6 H 12 O O H 2 O > 6 CO H 2 O. La respiration comporte plusieurs réactions chimiques catalysées par des enzymes. Au cours de ces réactions, la matière carbonée est minéralisée sous forme de CO 2. 1 étape : oxydation glucose en pyruvate, avec production de composés réduits R'H 2 ( RH 2 de photosynthèse), dans le hyaloplasme. L énergie libérée permet 2 ATP / glucose oxydé.

6 Respiration mitochondries. Électronographies. 2 étape : série de décarboxylations oxydatives à partir du pyruvate ; dans la matrice des mitochondries ; avec production de composés réduits et de synthèse d ATP. 3 étape : oxydation par O2 des composés réduits des étapes précédentes, dans les crêtes de la membrane interne des mitochondries ; couplée à la production d'une importante quantité d ATP. Etude expérimentale de la fermentation alcoolique. L oxydation incomplète est possible par fermentation ; déchet organique = reste du substrat réduit non oxydé lors du processus de dégradation ; renouvellement réel / peu efficace des intermédiaires métaboliques, ce qui autorise dans le cas de la fermentation alcoolique, une vie sans oxygène. Limites : Les fermentations autres que la fermentation alcoolique.

7 BILAN STRUCTURAL ET FONCTIONNEL D UNE CELLULE VIVANTE Schémas fonctionnels mettant en place les relations fonctions-structures au sein d une cellule (utilisation des connaissances antérieures).

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