AP # 5 : LE METABOLISME CELLULAIRE

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1 Thème 1 Chapitre 2 AP # 5 : LE METABOLISME CELLULAIRE Les cellules sont ou appartiennent à des êtres vivants qui eux réalisent des réactions. Par exemple, les êtres vivants respirent. Cette respiration consiste en une absorption de et un rejet de. Le et les sont convertis en au cours des réactions 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 réactions chimiques effectuées par les cellules? Quels facteurs régulent l activité des cellules? Nous choisirons comme exemple la levure. C2 C31 C15 C49 Recenser, extraire d un document l information utile Reformuler, traduire, décoder Formuler une hypothèse et sa conséquence vérifiable Respecter les consignes Activité 1 : Voici les résultats obtenus à l aide d un dispositif ExAO (Expérimentation Assistée par Ordinateur) permettant de mettre en évidence les échanges gazeux au sein d une levure. Interpréter ces variations en terme d échanges entre la cellule et son environnement.

2 Compétence Indicateurs de réussite J ai réussi si Oui Non L hypothèse : - est une phrase déclarative, pas une question (elle peut commencer par «peutêtre que») - propose une solution cohérente au problème posé La conséquence vérifiable : C15 - 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 respiration, le glucose, substrat organique, est, en présence de dioxygène, totalement dégradé en eau et en dioxyde de carbone. Cette réaction fournit l énergie que la cellule utilise. Présenter, sous forme d une équation, le bilan chimique de la respiration 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 exploitation vinicole familiale suite à la disparition soudaine de son père. Vous lui expliquerez sous forme d un paragraphe argumenté intégrant l utilisation des documents comment se met en place une bonne vinification à travers l étude de la fermentation. Vous lui préciserez les conditions nécessaires à la fermentation puis l origine des facteurs qui influencent ce processus. Vous enverrez votre réponse par binôme à l adresse suivante : Les réactions de dégradation et de synthèse d énergie s appellent le métabolisme. La vinification est le processus de transformation du raisin en vin. Elle se décompose en différentes étapes, dont la fermentation 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 utiliser deux types de métabolisme : respiration et fermentation. Document 2 : Influence de la souche de Saccharomyces cerevisiae sur la sur la fermentation des levures On compare la quantité d alcool et les sucres résiduels obtenus avec 3 souches de Saccharomyces cerevisiae différentes suite à une fermentation alcoolique. Tous les autres paramètres de fermentations (température, ph, quantité de raisin, etc. ) sont strictement identiques. 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 concentration en sucre, de volume de CO2, et % alcool ont été effectués. Température Concentration sucre (g/l) Volume de CO2 (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 chaptalisation est l'opération 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'atteignent pas naturellement un degré de sucre suffisant. En condition de fermentation, 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 informations traduisent la variation de quantité de sucre et d alcool? - document 4 : Déterminer l influence de la nature des substrats présents dans le milieu sur l intensité de la fermentation des levures Aide de connaissances : Une souche est constituée par une succession de cultures dérivées d'une culture pure. Chaque souche est obtenue par mutation d une souche originelle (non présente dans cette expérience), c est-à-dire par modification de son information génétique. Une souche regroupe des levures génétiquement identiques 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 situation initiale : si je compare selon un seul critère (ex : taille), j ai utilisé 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 information 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 appréciation quantitative des variations 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 sélectionner l information utile Compétence Indicateurs de réussite Oui Non C31 - j ai commencé ma phrase de déduction par «J en déduis que» ou «Donc» - ma déduction propose une explication cohérente aux observations faites précédemment - si les résultats obtenus sont différents de ceux attendus, j ai proposé une explication en critiquant les activités réalisées - j ai répondu à la question, je n ai pas uniquement étudié les documents, mais je les ai étudiés de façon à indiquer les facteurs qui influencent la fermentation. Bilan / Trace écrite : De nombreuses transformations chimiques se déroulent à l intérieur de la cellule : elles constituent le métabolisme. Il est contrôlé par les conditions du milieu et par le patrimoine génétique.

6 Thème 1 Chapitre 2 Corrigé AP # 5 : LE METABOLISME CELLULAIRE Activité 1 : Quelles sont les réactions chimiques effectuées par les cellules? Les êtres vivants respirent. Cette respiration consiste en une absorption d O2 et un rejet de CO2. Le O2 et les nutriments sont convertis en énergie au cours des réactions 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 absorption de O2 et un rejet de CO2. Interpréter ces variations en terme d échanges entre la cellule et son environnement. La cellule absorbe du O2 et rejette du CO2. Elle respire. Des réactions chimiques se mettent en place dans la cellule, témoins d un métabolisme. Présenter, sous forme d une équation, le bilan chimique de la respiration 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 augmentation de l activité respiratoire (absorption d O2 et de rejet de CO2 plus importante et plus rapide)

7 Activité 2 : Quels facteurs régulent l activité des cellules? C32 Rédiger avec un bon niveau de langue / 1 Recenser, extraire d un document l information utile (Ca) Reformuler, traduire, coder, décoder (Ca) Document 1 : la fermentation se met en place lors d une diminution de la quantité de O2 : elle est maximale en quasi-absence de O2. En cas de présence de O2, la respiration prime sur la fermentation. La fermentation dépend ici de la concentration en O2 du milieu, donc dépend d un paramètre de l environnement. Document 2 : L activité fermentaire est estimable grâce : - au sucre consommé (glucose) - à celle d alcool (éthanol) produit La «qualité» de la fermentation dépend de la souche de levure. Chaque souche induit la production d une quantité différente d alcool lors de la fermentation. La fermentation dépend du patrimoine génétique des levures (de leur génome) C2 Document 3 : L activité fermentaire est estimable grâce : - à la quantité de sucre (glucose) consommé - à l alcool et au CO2 produits La quantité de produits de fermentation varie en fonction de la température de cette fermentation. La production d éthanol notamment est maximale pour une température de 30 C. hypothèse explicative : pour des températures très inférieures ou très supérieures, les levures meurent. C31 La fermentation dépend ici de la température, donc dépend d un paramètre de l environnement. Document 4 : L activité fermentaire est estimable grâce au taux de CO2 produit. La fermentation est favorisée par l ajout de saccharose, alors qu elle est nulle ou moyenne avec ajout d un autre sucre. La fermentation 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 vinification, il faut : - une très faible concentration en O2 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 chaptalisation, 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 génétique des cellules Présentation avec des repères d une communication avec Sacha Envoi par mail ou rédigé par traitement de texte et imprimé

8 Production attendue : Bonjour Sacha! Je t adresse mes plus sincères condoléances. J ai différents documents à ma disposition qui t éviteront de faire de la «piquette». Ton père te regarde là-haut et je sais que tu ne veux pas le décevoir. Du bon vin, c est en partie une bonne fermentation, c est à dire une bonne production d éthanol (alcool, CH3CH2OH) accompagnée de CO2, à partir des sucres du raisin, en présence de microorganismes réalisant le processus, des levures particulières à bien choisir. Ce processus est clairement influencé par les conditions de l environnement (taux d 02, température et choix du sucre additionnel éventuel) et du patrimoine génétique (génome) de la souche de levure choisie. Pour réussir un bon vin avec une fermentation active, 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 (titre alcoométrique) et le taux de sucres résiduels donc non utilisés pour la fermentation en fin de réaction sont respectivement les plus forts et les plus faibles des 3 souches à propos desquelles je dispose d informations. Choisis celle là! Il faut mettre ces levures en présence du moût de raisin dans une cuve très pauvre en 02 (milieu anaérobie ou aérobiose). 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 respiration 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 cette 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 chaptalisation, c est-à-dire un ajout de saccharose (document 4). Si tu n en as pas, achètes en ou au pire utilise du maltose mais il est environ 2 fois moins bien métabolisé par les levures pour la fermentation! En résumé, procure-toi une cuve, mets-y des levures SC Levuline CHP à 30 C dans une atmosphère quasi-anaérobie (quasi-sans dioxygène) et achète une sonde à éthanol ou CO2 pour contrôler l intensité de ta fermentation Je viendrai avec plaisir goûter tes premiers essais avant commercialisation. Convoque goûteurs et entoure-toi d un technicien pour contrôler les étapes de ta vinification avec le matériel laissé par ton père et entretiens-le avec soin. Bon courage à toi. A bientôt j espère.

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