Enseignement : Chimie-biochimie-sciences du vivant. Sous-thème : 3.2. Les systèmes vivants utilisent deux grandes voies de communication

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1 Classe : 1 ère STL Enseignemen : Chimie-biochimie-sciences du vivan THEME du programme : 3 Sous-hème : 3.2. Les sysèmes vivans uilisen deux grandes voies de communicaion Les poeniels de repos e d acion en élecrochimie Exrai du BOEN CONNAISSANCES Ce signal se propage sous forme de poeniel d acion. CAPACITES Mere en relaion les caracérisiques cyologiques des s avec leur foncion. Compéences ransversales e aiudes Exraire des informaions Raisonner, Modéliser Lire un graphique Argumener Rechercher e exraire des informaions Type de ressource Acivié élève basée sur l uilisaion de documens e sur l uilisaion des TICE Résumé du conenu ressource (e condiions de mise en œuvre si besoin) L élève doi prévoir ce qui doi êre observé sur l oscilloscope lorsqu on mesure le poeniel de repos d un (ension enre l exérieur e l inérieur du au repos) puis il doi modéliser cee ension par une pile. Il es ensuie amené à modéliser l évoluion de cee ension au cours du emps lors d un simulus (poeniel d acion) par un changemen de polarié pile. Il doi pour erminer faire le lien enre la courbe représenan le poeniel d acion, la polarié pile e la naure de l ion, qui en raversan la membrane, es à l origine de cee pile. Il es possible, ensuie, d aller plus loin e faire réfléchir l élève sur le rôle «pompe Na + /K + ATP ase» qui agi dans le sens conraire du phénomène de diffusion e nécessie de l énergie. Remarque : cee acivié fai suie à une acivié sur la pile de concenraion ; dans le cas conraire il es souhaiable d inclure le documen sur les piles de concenraion (cf fin du fichier) e/ou le lien inerne ainsi qu une manipulaion de cours ; Mos clés de recherche : pile élecrochimique, pile de concenraion, poeniel d acion, poeniel de repos. Provenance : Académie Nanes Adresse du sie académique : hp://

2 Acivié : «Les poeniels de repos e d acion en élecrochimie» n consa Sous microscope, on inrodui une première microélecrode à Com l inérieur d une cellule nerveuse ou e une seconde à l exérieur. n oscilloscope (ou un ordinaeur muni d une inerface de mesure) indique qu il exise une ension élecrique sable Inérieur voisine de -7 mv, enre l élecrode exérieure e l élecrode inérieure quelque soi l endroi cellule. Cee ension es appelée «Poeniel de repos». Tou se passe donc comme si la membrane cellule se comporai comme une succession de peies «piles élecriques». Mais lors d un simulus élecrique (ou mécanique ) de ce cee ension évolue brusquemen au cours du emps (ce brusque changemen es appelé «Poeniel d acion»). Le bu de cee acivié Oscilloscope es de faire un lien enre la ension observée au repos e lors d un simulus, l évoluion de son signe, les piles (dies «de concenraion») e les modificaions au niveau membrane. 1 ) Enourer la courbe que l on pourrai observer si on visualisai l évoluion de cee ension au cours du emps? + 2 ) Sachan qu une pile peu-êre représenée par le symbole suivan : - enourer le schéma qui pourrai représener l éa élecrique membrane dans la siuaion précédene (pour simplifier une seule paroi membrane es représenée)? Inérieur du Inérieur du 3 ) Lors d un simulus élecrique (ou mécanique, ) au niveau d une zone cellule on observe sur l oscilloscope (ou sur l ordinaeur) la courbe ci-conre : Inérieur Oscilloscope simulus Com A B C D

3 Quel es le signe ension à la dae 1 correspondan au poin A?.. Même quesion à la dae 2 correspondan au poin B?.. Même à la dae 3 correspondan au poin C?.. 4 ) Symboliser l éa élecrique cellule (à l aide d une pile) au niveau des élecrodes de mesure (zone maérialisée par le recangle) aux daes 1, 2 e 3. Dae 1 Dae 2 Dae 3 Inérieur Inérieur Inérieur 5) ne éude plus poussée monre que le changemen de polarié pile : * es dû à un mouvemen sélecif d ions à ravers la membrane * e indui à son our un nouveau mouvemen sélecif. B En première approximaion, la membrane peu donc, à l aide de canaux ioniques dis «volage-dependan», sélecivemen : a ) bloquer le passage des ions poassium K + e faire passer les ions sodium Na + b ) ou bloquer le passage des ions sodium Na + e faire passer les ions poassium K A C D La pile es «une pile de concenraion», due à l inégale répariion de par e d aures membrane des ions sodium Na + e poassium K + (voir ableau ci-dessous) Concenraions ypiques des ions sodium e poassium dans des s humains (1 mmol.l -1 = mol.l -1 ) Inérieur du du Ion sodium Na + Ion poassium K + 15 mmol.l mmol.l à 145 mmol.l -1 3,5 à 5 mmol.l -1 Compléer le ableau ci-dessous sachan qu une pile de concenraion relaive à un ion n apparaî que si l ion considéré peu passer de l inérieur à l exérieur du e vice e versa. Poin considéré courbe B C Signe de la ension enre l exérieur e l inérieur cellule + pile (exérieur ou inérieur cellule) - pile (exérieur ou inérieur de la cellule) Lieu concenraion la plus fore de l ion responsable de cee pile (inérieur ou exérieur cellule) Quel es l ion qui a la plus fore concenraion dans ce lieu (Na + ou K + )? Proposiion correce a ou b 7 ) Vérifiez la dernière colonne du ableau à l aide de l animaion : hp://musibiol.ne/biologie/cours/pa/oal_synchro1.swf

4 Pour aller plus loin : 6 ) n sysème biochimique appelé «pompe Na + /K + ATP ase» fai revenir les ions dans leurs comparimen d origine donc des milieux les moins concenrés vers les milieux les plus concenrés (phénomène qui aboui au poin D courbe). Es-ce un ranspor passif lié à un phénomène de diffusion à ravers un canal ionique ouver? Ou es-ce un ranspor acif lié à une enzyme ransmembranaire nécessian de l énergie? Jusifiez vore choix. 7 ) Si le ranspor es acif, rechercher (encyclopédie, livre de SVT, inerne, ) commen se fai l appor d énergie?

5 Pré requis : «pile de concenraion» Soluion : soluion aqueuse conenan des ions argen Ag + de concenraion molaire C 1. Soluion : soluion aqueuse conenan des ions argen Ag + de concenraion molaire C 2. : ension mesurée par le volmère à 25 C. C 1 (mol.l -1 ) C 2 (mol.l -1 ) Le récipien conenan la soluion 1 es un bécher imperméable aux ions : le passage d ions d une soluion à l aure es impossible. V COM Le récipien conenan la soluion 1 es un vase poreux perméable aux ions Ag + : le passage d ions d une soluion à l aure se fai par diffusion soluion la plus concenrée vers la soluion la moins concenrée. V COM,1,1 = V = V,1,1 = V = -,6 V,1,1 = V = +,6 V,1,1 = V = +,6 V Remarque : on obien les mêmes résulas en séparan les béchers e en uilisan ou pas un pon salin (don le rôle es le passage d ions d une soluion à l aure). On conclu de ces expériences : - qu il exise une ension enre les 2 élecrodes si e seulemen si le passage d ions argen Ag + d une soluion à l aure es possible. - e que le pôle (+) pile es du côé où la soluion es la plus concenrée lien inerne pour simuler une pile de concenraion : «hp:// parie2/ire13.hm» Compéences ravaillées e réponses aendues : Réponses aendues Compéences ou capaciés ravaillées 1 ) Courbe n 3 Exraire des informaions 2 ) Schéma n 2 Raisonner, modéliser 3 ) < ; > ; < Lire un graphique 4 ) Modéliser 5 ) voir ableau ci-dessous Raisonner, modéliser 6 ) C es un ranspor conraire à la diffusion. Raisonner, argumener Il es donc acif 7 ) Ce ranspor es forcé e nécessie de l énergie Rechercher e exraire des informaions apporée par une réacion chimique faisan inervenir l ATP.

6 Poin considéré courbe Signe de la ension enre l exérieur e l inérieur cellule + pile (exérieur ou inérieur) - pile (exérieur ou inérieur) Lieu concenraion la plus fore de, l ion responsable de cee pile (inérieur ou exérieur cellule) Quel es l ion qui a la plus fore concenraion dans ce lieu (Na + ou K + )? B > Inérieur Na + a C < Inérieur Inérieur K + b Proposiion correce a ou b Quelques poins de vocabulaire Difficulés prévisibles liées au vocabulaire lors de l éude du poeniel de repos ou du poeniel d acion : - le erme «poeniel» uilisé dans les expressions «poeniel de repos» ou «poeniel d acion» es en fai une «différence de poeniel» au sens du chimise ou du physicien. En effe, le poeniel n es par définiion connu qu à une consane près e n es pas mesurable. - Les élèves ne connaissen pas les ermes de «poeniel» ou de «différence de poeniel». Jusque là, la différence de poeniel a éé appelée «ension». Il parai nécessaire de préciser aux élèves que : la ension es aussi appelée différence de poeniel (ces 2 ermes son synonymes) en biologie, par abus ngage, on ne di que «poeniel». Par conre, les élèves saven que la ension se mesure en vols (V) à l aide d un volmère. Ils on déjà uilisé une inerface d acquisiion e/ou un oscilloscope pour visualiser une ension variable dans le emps. Ils connaissen aussi la noion de fréquence (éudiée au collège e en seconde).