AP # 5 : LE METABOLISME CELLULAIRE. Quelles sont l hypothèse et la conséquence vérifiable à ce problème?

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1 Thème 1 Chapitre 2 AP # 5 : LE METABOLISME CELLULAIRE Les cellules sont ou appar.ennent à des êtres vivants qui eux réalisent des réac.ons. Par exemple, les êtres vivants respirent. Ce<e respira.on consiste en une absorp.on de et un rejet de. Le et les sont conver.s en au cours des réac.ons chimiques. On peut supposer que ces échanges sont observables à l échelle de. Quelles sont l hypothèse et la conséquence vérifiable à ce problème? Quelles sont les réac;ons chimiques effectuées par les cellules? Quels facteurs régulent l ac;vité des cellules? Nous choisirons comme exemple la levure. C2 C31 C15 C49 Recenser, extraire d un document l informa9on u9le Reformuler, traduire, décoder Formuler une hypothèse et sa conséquence vérifiable Respecter les consignes Activité 1 : Voici les résultats obtenus à l aide d un disposi9f ExAO (Expérimenta9on Assistée par Ordinateur) permeiant de meire en évidence les échanges gazeux au sein d une levure. Interpréter ces varia;ons en terme d échanges entre la cellule et son environnement.

2 Compétence Indicateurs de réussite J ai réussi si Oui Non C15 L hypothèse : - est une phrase déclara.ve, pas une ques.on (elle peut commencer par «peut- être que») - propose une solu.on cohérente au problème posé La conséquence vérifiable : - commencer par «Si l hypothèse est vraie, alors» - indiquer des phénomènes qui se produiront dans le cas où l hypothèse serait vraie (conséquences) - il est techniquement possible de vérifier si ces phénomènes se produisent Glucose et énergie Lors de la respira.on, le glucose, substrat organique, est, en présence de dioxygène, totalement dégradé en eau et en dioxyde de carbone. Ce<e réac.on fournit l énergie que la cellule u.lise. Présenter, sous forme d une équa;on, le bilan chimique de la respira;on à l échelle cellulaire. Quelles sont les conséquences envisageables si on ajoute du glucose dans le milieu lors de l expérience précédente? - - Activité 2 : Sacha se décide à reprendre l exploita.on vinicole familiale suite à la dispari.on soudaine de son père. Vous lui expliquerez sous forme d un paragraphe argumenté intégrant l u.lisa.on des documents comment se met en place une bonne vinifica.on à travers l étude de la fermenta.on. Vous lui préciserez les condi9ons nécessaires à la fermenta9on puis l origine des facteurs qui influencent ce processus. Vous enverrez votre réponse par binôme à l adresse suivante : formysteries@yahoo.fr Les réac.ons de dégrada.on et de synthèse d énergie s appellent le métabolisme. La vinifica.on est le processus de transforma.on du raisin en vin. Elle se décompose en différentes étapes, dont la fermenta.on alcoolique. Elle est assurée par des levures, de type Saccharomyces cerevisiae (SC), celles que l on a regardé au microscope il y a 2 semaines, induisant la conversion des sucres stockés dans les grains de raisin en éthanol (C2H5OH) et en dioxyde de carbone C02.

3 Document 1 : Influence de la teneur du milieu en dioxygène sur le métabolisme des levures Les levures peuvent u.liser deux types de métabolisme : respira.on et fermenta.on. Document 2 : Influence de la souche de Saccharomyces cerevisiae sur la sur la fermentation des levures On compare la quan.té d alcool et les sucres résiduels obtenus avec 3 souches de Saccharomyces cerevisiae différentes suite à une fermenta.on alcoolique. Tous les autres paramètres de fermenta.ons (température, ph, quan.té de raisin, etc. ) sont strictement iden.ques. Souches de Saccharomyces cerevisiae Equinox B1 Levuline CHP JB1 Sucres résiduels (g/l) Titre alcoométrique (% vol)

4 Document 3 : Influence de la température sur la fermentation des levures Du jus de raisin a été ensemencé avec des levures de la souche Levuline CHP. Après un certain temps, des relevés de concentra.on en sucre, de volume de CO2, et % alcool ont été effectués. Température Concentra.on sucre (g/l) Volume de CO 2 (ml) % alcool Levures 5 C Très faibles 20 C Présentes 30 C Abondantes 40 C Présentes 50 C Absentes Document 4 : Influence de la nature des substrats présents dans le milieu sur la fermentation des levures La chaptalisa.on est l'opéra.on qui consiste à ajouter du sucre à un jus de raisin afin d'augmenter le degré alcoolique final. Elle n'est habituellement nécessaire que lorsque les raisins n'a<eignent pas naturellement un degré de sucre suffisant. En condi.on de fermenta.on, dans une suspension de levure, on a ajouté un substrat (un sucre) et on a relevé ensuite le volume de CO2 émis. L expérience est réalisée avec une souche de Saccharomyces cerevisiae de la souche Levuline CHP. Aide à la résolution : - document 1 : Exploiter le document pour montrer les effets de la teneur en dioxygène du milieu sur le type de métabolisme - document 2-3 : Quelles informa.ons traduisent la varia.on de quan.té de sucre et d alcool? - document 4 : Déterminer l influence de la nature des substrats présents dans le milieu sur l intensité de la fermenta.on des levures Aide de connaissances : Une souche est cons.tuée par une succession de cultures dérivées d'une culture pure. Chaque souche est obtenue par muta.on d une souche originelle (non présente dans ce<e expérience), c est- à- dire par modifica.on de son informa.on géné.que. Une souche regroupe des levures géné.quement iden.ques entre elles.

5 Indicateurs de réussite : Compétence Indicateurs de réussite J ai réussi si Oui Non - j ai commencé ma phrase par «J observe que», «Je constate que» ou «Je vois que» - j ai comparé les résultats/documents entre eux et/ou avec le témoin, et si besoin avec la situa.on ini.ale : si je compare selon un seul critère (ex : taille), j ai u.lisé l expression «plus / moins / autant que» si je compare selon un ensemble de critères, j ai indiqué les points communs et les différences : «alors que» - je n ai apporté aucune informabon ne figurant pas dans les résultats, je n ai donc encore rien déduit C2 Si le résultat/document est un graphique : j ai donné une apprécia.on quan.ta.ve des varia.ons en citant quelques valeurs remarquables de x et de y (par ex. : celles de départ, les différents maxima et minima) Si le résultat/document est un tableau : j ai déterminé s il est plus judicieux de comparer les lignes, les colonnes ou les deux Si le résultat/document est une image, dessin, schéma, objet réel, carte : j ai su sélec.onner l informa.on u.le Compétence Indicateurs de réussite Oui Non C31 - j ai commencé ma phrase de déduc.on par «J en déduis que» ou «Donc» - ma déduc.on propose une explica.on cohérente aux observa.ons faites précédemment - si les résultats obtenus sont différents de ceux a<endus, j ai proposé une explica.on en cri.quant les ac.vités réalisées - j ai répondu à la ques.on, je n ai pas uniquement étudié les documents, mais je les ai étudiés de façon à indiquer les facteurs qui influencent la fermenta.on.

6 Bilan / Trace écrite : De nombreuses transforma;ons chimiques se déroulent à l intérieur de la cellule : elles cons;tuent le métabolisme. Il est contrôlé par les condi;ons du milieu et par le patrimoine géné;que. ELEMENTS DE CORRECTION SEANCE 5 Activité 1 : Quelles sont les réac;ons chimiques effectuées par les cellules? Les êtres vivants respirent. Ce<e respira.on consiste en une absorp.on d O 2 et un rejet de CO 2. Le O 2 et les nutriments sont conver.s en énergie au cours des réac.ons chimiques. On peut supposer que ces échanges sont observables à l échelle de la cellule. La cellule respire- t- elle? Prenons comme objet d étude la levure Quelles sont l hypothèse et la conséquence vérifiable à ce problème? La cellule respire. Si la cellule respire, alors on observe une absorp.on de O 2 et un rejet de CO 2. Interpréter ces varia;ons en terme d échanges entre la cellule et son environnement. La cellule absorbe du O 2 et reje<e du CO 2. Elle respire. Des réac.ons chimiques se me<ent en place dans la cellule, témoins d un métabolisme. Présenter, sous forme d une équa;on, le bilan chimique de la respira;on à l échelle cellulaire. Quelles sont les conséquences envisageables si on ajoute du glucose dans le milieu lors de l expérience précédente? On observera une augmenta.on de l ac.vité respiratoire (absorp.on d O 2 et de rejet de CO 2 plus importante et plus rapide)

7 Activité 2 : Quels facteurs régulent l ac;vité des cellules? C32 Rédiger des phrases avec une orthographe, une grammaire correcte, une ponctua9on correcte. (A) / 1 Recenser, extraire d un document l informa9on u9le (Ca) Reformuler, traduire, coder, décoder (Ca) C2 Document 1 : la fermenta2on se met en place lors d une diminu2on de la quan2té de O 2 : elle est maximale en absence de O 2. En cas de présence de O 2, la respira2on prime sur la fermenta2on. Document 2 : L ac2vité fermentaire est es2mable grâce : - au sucre consommé - à l alcool produit La «qualité» de la fermenta2on dépend de la souche de levure. Chaque souche induit la produc2on d une quan2té différente d alcool lors de la fermenta2on. Document 3 : L ac2vité fermentaire est es2mable grâce : - au sucre consommé - à l alcool et au CO 2 produits La quan2té de produits de fermenta2on varie en fonc2on de la température de cene fermenta2on. La produc2on d alcool notamment est maximale pour une température de 30 C. On peut supposer que pour des températures très inférieures ou très supérieures, les levures meurent. Document 4 : L ac2vité fermentaire est es2mable grâce au CO 2 produit. La fermenta2on est favorisée par l ajout de saccharose, alors qu elle est nulle ou moyenne avec ajout d un autre sucre. C31 La fermenta2on dépend ici de la concentra2on en O 2 du milieu, donc dépend d un paramètre de l environnement. La fermenta2on dépend du patrimoine géné2que des levures. La fermenta2on dépend ici de la température, donc dépend d un paramètre de l environnement. La fermenta2on dépend de la nature du sucre consommé, donc d un paramètre du milieu. Respecter les consignes : C49 Pour la mise en place d une bonne vinifica2on, il faut : - une faible concentra2on en O 2 dans la cuve (cependant il ne faut pas qu elle soit nulle sinon les levures ne respirent plus et meurent!) - une température avoisinant 30 C - lors de la chaptalisa2on, un ajout de saccharose - de préférence la souche Levuline CHP si on souhaite produire un vin riche en alcool Le métabolisme des levures dépend de deux facteurs principaux : - l environnement - le patrimoine géné2que des cellules Présenta2on avec des repères d une communica2on avec Sacha Envoi par mail

8 Production attendue : Bonjour Sacha! Je t adresse mes plus sincères condoléances. J ai différents documents à ma disposi.on qui t éviteront de faire de la «pique<e». Ton père te regarde là- haut et je sais que tu ne veux pas le décevoir. Du bon vin, c est en par.e une bonne fermenta.on, c est à dire une bonne produc.on d éthanol (alcool, CH3CH2OH) accompagnée de CO2, à par.r des sucres du raisin, en présence de microorganismes réalisant le processus, des levures par.culières à bien choisir. Ce processus est clairement influencé par les condi.ons de l environnement (taux d 02, température et choix du sucre addi.onnel éventuel) et du patrimoine géné.que (génome) de la souche de levure choisie. Pour réussir un bon vin avec une fermenta.on ac.ve, je te conseille donc de choisir une souche de Levures Saccharomyces Cerevisiae SC de type Levuline CHP (document 2) car le volume d éthanol obtenu (.tre alcoométrique) et le taux de sucres résiduels donc non u.lisés pour la fermenta.on en fin de réac.on sont respec.vement les plus forts et les plus faibles des 3 souches à propos desquelles je dispose d informa.ons. Choisis celle là! Il faut me<re ces levures en présence du moût de raisin dans une cuve très pauvre en 02. En effet, (document 1), les expériences montrent que pour que les levures fermentent bien et non respirent prioritairement, il faut faire cela, en évitant un taux nul qui pourrait réduire à 0 la respira.on et donc les tuer... Tu dois aussi contrôler la température de la cuve en la maintenant autour de 30 C (document 3) car c est à ce<e température que tes levures sont le mieux et donc dégagent le plus de CO2, qui est l un des témoins de l intensité du processus fermentaire. Enfin, en cas de manque de sucres produits par les grains, tu peux procéder à une chaptalisa.on, c est- à- dire un ajout de saccharose (document 4). Si tu n en as pas, achètes en ou au pire u.lise du maltose mais il est environ 2 fois moins bien métabolisé par les levures pour la fermenta.on! En résumé, procure- toi une cuve, mets- y des levures SC Levuline CHP à 30 C dans une atmosphère quasi- anaérobie (sans dioxygène) et achète une sonde à éthanol ou CO2 pour contrôler l intensité de ta fermenta.on. Je viendrai avec plaisir goûter tes premiers essais avant commercialisa.on. Convoque goûteurs et entoure- toi d un technicien pour contrôler les étapes de ta vinifica.on avec le matériel laissé par ton père. Bon courage à toi. A bientôt j espère.