FORMATION INTERMÉDIAIRE BIO 2011 CAHIER 4 ET CORRIGÉ

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1 FORMATION INTERMÉDIAIRE BIO 2011 ET CORRIGÉ

2 TABLE DES MATIÈRES 91-0 I 1.0 INTRODUCTION LES STRUCTURES CELLULAIRES Les parties de la cellule et leur rôle Les principaux modes d'échange... 6 Exercice LES ACTIVITÉS CELLULAIRES La respiration cellulaire Le rendement énergétique La production des déchets Synthèse...16 Exercice Mots-clés...18 DI-FM BA-PG/98-0

3 91-0 INTRODUCTION INTRODUCTION Les systèmes digestif, respiratoire et circulatoire ont pour but ultime de préparer les entrées et de les faire parvenir à toutes les cellules du corps. En effet, les aliments que tu ingères sont réduits en nutriments lors de la digestion. Ces nutriments et l'oxygène que tu inspires sont transportés jusqu'aux cellules grâce au système circulatoire. Ces notions, tu les as vues dans les cahiers précédents. Maintenant, il est temps de regarder ce qui se passe au niveau des cellules. L'organisme humain est un ensemble bien organisé de petites vies élémentaires : les cellules. Celles-ci sont les unités fondamentales de tous les êtres vivants. Pour comprendre le phénomène de la vie, on doit connaître la constitution et le fonctionnement d'une cellule. C'est ce que tu étudieras dans ce cahier.

4 91-0 LES STRUCTURES CELLULAIRES LES STRUCTURES CELLULAIRES Tous les êtres vivants, du plus petit au plus gros, sont constitués de cellules. C'est l'unité structurale et fonctionnelle de base de la vie. On estime qu'un adulte est constitué 1 d'environ 85 billions de cellules. Par contre, l'amibe, qui est aussi un organisme complet, n'est fait que d'une seule cellule. La cellule est une minuscule structure vivante qui est généralement invisible à l'oeil nu. Elle est plus petite que la tête d'une épingle et plus grosse que l'une ou l'autre des molécules e qui la composent. L'invention du microscope au XVII siècle a permis son étude. Grâce à cet instrument, on a pu observer et découvrir les secrets de la cellule. Les cellules ne sont pas toutes semblables. On en retrouve de différentes formes et dimensions (Fig..1). Par exemple, les globules rouges du sang sont tellement minuscules qu'une goutte de sang en renferme 125 millions. Par contre, les cellules nerveuses peuvent atteindre plusieurs centimètres de longueur, grâce à leurs prolongements. La différenciation des cellules réflète leur spécialisation. Comme tu l'as vu dans le cahier précédent, les trois types de cellules sanguines (globules blancs, globules rouges et plaquettes) ont trois fonctions bien distinctes. Chacune a son rôle à jouer. Il en est de même pour toutes les autres cellules de ton corps. Il doit donc y avoir une bonne coopération entre les différents groupes de cellules afin que ton corps fonctionne bien. )))))))))) 1. Il est à noter que le terme billion en français désigne le nombre représenté par 1 suivi de 12 zéros, c'est-à-dire 1 x Le terme anglais "billion" se traduit en français par 9 milliard, qui est égal à 1 x 10.

5 91-0 LES STRUCTURES CELLULAIRES 3 Fig..1 : Différents types de cellules

6 91-0 LES PARTIES DE ET LEUR RÔLE 2.1 LES PARTIES DE ET LEUR RÔLE Bien que les cellules varient dans leurs formes et leurs dimensions, elles se composent toutes essentiellement de trois structures principales : 1 - la membrane cytoplasmique; 2 - le cytoplasme; 3 - le noyau. La membrane cytoplasmique (ou membrane cellulaire) est une enveloppe mince, composée surtout de protéines et de lipides. Elle est pourvue de petits orifices, les pores, d'où s'effectuent les échanges avec son milieu. Son rôle principal est de contrôler les échanges entre la cellule et le milieu extérieur. Elle y puise ce qu'elle a besoin (nutriments, oxygène et eau) et y rejette ses déchets. En effet, on peut comparer cette membrane à une frontière, réglant les entrées et les sorties. Elle permet le passage de certaines substances, mais en empêche d'autres. C'est une membrane semi-perméable (ou à perméabilité sélective). Le cytoplasme forme la matière vivante de la cellule. C'est une substance gélatineuse très complexe, renfermant des structures minuscules, les organites. Ceuxci ont chacun une fonction spécialisée à remplir à l'intérieur de la cellule. Lorsque ces fonctions cessent, la structure de la cellule s'effondre. Le cytoplasme joue donc un rôle primordial dans la vie cellulaire. La partie centrale d'une cellule est habituellement occupée par le noyau. C'est lui qui dirige toutes les activités cellulaires en informant le cytoplasme de ce qu'il doit faire. En plus, il joue un rôle primordial dans les phénomènes de reproduction cellulaire et d'hérédité. Ces fonctions importantes font du noyau un constituant essentiel de la cellule. Si la cellule en est privée, elle meurt.

7 91-0 LES PARTIES DE ET LEUR RÔLE 5 Fig..2 : Les constituants d'une cellule Lors de la prochaine expérience, tu vas avoir l'occasion d'observer des cellules au microscope et de voir les différentes parties qui composent une cellule. Expérience 3 Les structures de la cellule Cahier de laboratoire, p. 17

8 91-0 LES PRINCIPAUX MODES D'ÉCHANGE LES PRINCIPAUX MODES D'ÉCHANGE Certaines substances (nutriments, eau, oxygène) sont indispensables à la cellule. Elle tire ces substances de son milieu extérieur et évacue ses déchets, assurant ainsi sa survie. Fig..3 : Échanges entre la cellule et son milieu Ces échanges entre la cellule et son milieu extérieur sont contrôlés par la membrane cytoplasmique. Ils se font selon quatre modes : 1 - par diffusion; 2 - par osmose; 3 - par pinocytose; - par phagocytose. La diffusion est un phénomène que tu as déjà étudié lors de la respiration (échanges d'oxygène entre l'air et le sang). C'est le mouvement de particules qui se dispersent à partir d'une région de forte concentration vers une région où la concentration est plus faible. Prenons l'absorption du glucose comme exemple (Fig..). Une fois réabsorbé dans l'intestin grêle, le glucose se retrouve dans le sang à concentration élevée, plus élevée que dans la lymphe où baignent les cellules. Le glucose va alors se diffuser du sang vers la lymphe. Lorsque la concentration de glucose devient plus élevée dans la lymphe que dans les cellules, celui-ci va se diffuser à l'intérieur des cellules.

9 91-0 LES PRINCIPAUX MODES D'ÉCHANGE 7

10 91-0 LES PRINCIPAUX MODES D'ÉCHANGE 8 Fig.. : La diffusion du glucose La diffusion s'applique aussi à l'eau; c'est le phénomène de l'osmose. L'eau se diffuse donc à travers la membrane cytoplasmique à partir d'une région de forte concentration vers une région de faible concentration. Cette diffusion de l'eau peut se faire dans deux sens : vers l'intérieur de la cellule ou vers l'extérieur de la cellule (Fig..5). Dans le premier cas, l'eau se diffuse dans la cellule car la concentration intracellulaire est plus faible. Dans le deuxième cas, l'eau se diffuse de la cellule au milieu extérieur car la concentration extracellulaire est plus faible.

11 91-0 LES PRINCIPAUX MODES D'ÉCHANGE 9 Fig..5 : Phénomène de l'osmose

12 91-0 LES PRINCIPAUX MODES D'ÉCHANGE 10 Les deux phénomènes de la diffusion et de l'osmose sont purement physiques et on les considère comme des mécanismes de transport passif. Il existe deux autres modes d'échange qui sont considérés comme des mécanismes de transport actif. Ce sont la phagocytose et la pinocytose. La phagocytose a été expliquée lors de l'étude des constituants du sang (Cahier 3). C'est la capacité que possède une cellule d'ingérer un corps solide. Fig..6 : Globule blanc phagocytant un nutriment La pinocytose ressemble beaucoup à la phagocytose, sauf qu'elle va ingérer des substances liquides. En effet, certaines substances liquides sont trop grosses pour diffuser à travers la membrane cytoplasmique. C'est alors qu'une portion de cette dernière va former une petite poche pour capter la substance et la faire traverser à l'intérieur de la cellule. Le rôle de la pinocytose est donc d'assurer le transport de certaines substances liquides du milieu extérieur vers l'intérieur de la cellule. C'est un mécanisme de nature physiologique.

13 91-0 LES PRINCIPAUX MODES D'ÉCHANGE 11 Fig..7 : Pinocytose d'une cellule

14 EXERCICE Remplis les tirets. a) La est l'unité structurale et fonctionnelle de base de tous les êtres vivants. b) La membrane cytoplasmique est une membrane, c'est-à-dire qu'elle permet le passage de certaines substances mais en empêche d'autres. c) La cellule et le milieu extérieur échangent des, de l', de l' et des. d) L'invention du a permis aux scientifiques d'étudier la cellule. e) Une cellule est plus grosse qu'une, mais généralement plus petite qu'une. 2. Reproduis le schéma suivant et situe les trois structures principales de la cellule.

15 EXERCICE Qui suis-je? a) Je suis la partie de la cellule qui dirige toutes les activités cellulaires. b) C'est moi qui contrôle les échanges entre la cellule et le milieu extérieur. c) Je suis le siège des réactions chimiques de la cellule.. Associe les définitions de gauche aux termes de droite. a) Capacité que possède une cellule d'ingérer une substance liquide. b) Diffusion de l'eau. c) Capacité que possède une cellule d'ingérer un corps solide. A) osmose B) phagocytose C) diffusion D) pinocytose d) Dispersion des molécules d'une région de forte concentration vers une région de faible concentration. 5. Vrai ou Faux a) Les cellules sont toutes de la même forme. b) Les organites sont contenus dans le cytoplasme. c) L'osmose et la diffusion sont des phénomènes physiques. d) Le cytoplasme joue un rôle important dans l'hérédité. e) La pinocytose est un mécanisme physiologique.

16 91-0 LES ACTIVITÉS CELLULAIRES LES ACTIVITÉS CELLULAIRES Comme tous les êtres vivants, une cellule naît, croît et se multiplie avant de mourir. Elle accomplit aussi plusieurs activités qui assurent non seulement sa survie, mais qui sont utiles à l'organisme en entier. Parmi les différentes activités de la cellule, la respiration cellulaire est particulièrement importante. Ce processus assure la production d'énergie qui est nécessaire au maintien de la vie. Cette activité est une partie essentielle du métabolisme qui se définit comme l'ensemble des réactions chimiques qui entretiennent la vie.

17 91-0 LA RESPIRATION CELLULAIRE LA RESPIRATION CELLULAIRE Tu as déjà vu la respiration cellulaire lorsque nous avons expliqué le rôle de l'oxygène dans la nutrition (section.1, Cahier 1). Il serait peut-être bon de revoir cette section afin de mieux connaître ce qui se passe dans tes cellules. La cellule est le siège de la respiration cellulaire. De fait, chaque cellule de ton corps produit de l'énergie grâce à la dégradation des nutriments (glucides, lipides et protides). Pour que cette dégradation se fasse, il faut de l'oxygène (O 2 ) qui provient de l'air que tu respires. C'est lui qui assure la combustion des nutriments afin que l'énergie qu'ils contiennent soit libérée. On peut donc définir la respiration cellulaire comme la transformation des aliments en énergie, au niveau des cellules, en présence de l'oxygène et la libération des déchets comme l'eau, le bioxyde de carbone et les déchets azotés. Elle est représentée par l'équation suivante : Nutriments + O 6 Énergie + H O + CO + déchets azotés Une partie de l'énergie libérée par la respiration cellulaire est utilisée par les différentes activités cellulaires. Le reste est dissipé en chaleur et maintient la température de ton corps constante. La respiration cellulaire est le principal procédé employé par tes cellules pour se procurer l'énergie nécessaire à leurs activités. Ce processus est donc indispensable au bon fonctionnement de ton corps. C'est grâce à elle que tu grandis, que tu répares l'usure de ton corps, que tu bouges et que ton corps se réchauffe.

18 91-0 LE RENDEMENT ÉNERGÉTIQUE LE RENDEMENT ÉNERGÉTIQUE Tu as déjà vu que les lipides, les protides et les glucides libèrent tous de l'énergie, mais que certains ont un meilleur rendement. Le tableau suivant est un rappel du rendement énergétique de chacune de ces substances. Tableau.1 : Valeur énergétique des producteurs d'énergie Éléments nutritifs Valeur énergétique (kj/g) lipides 36 glucides 16 protides 16 Même si les lipides libèrent deux fois plus d'énergie que les glucides et les protides, ce sont les glucides qui sont les premiers producteurs d'énergie. Les lipides ne sont utilisés comme source d'énergie que lorsque les glucides manquent. Quant aux protides, ils ne sont utilisés qu'en dernier lieu. C'est la source d'énergie de la dernière chance qui ne sert qu'à sauver l'organisme de la mort.

19 91-0 LA PRODUCTION DE DÉCHETS LA PRODUCTION DE DÉCHETS Tu viens de voir que la respiration cellulaire produit des déchets, notamment de l'eau, du bioxyde de carbone et des déchets azotés. Le surplus d'eau est éliminé par les poumons, la peau (sueur) et les reins. Cette substance n'est pas dangereuse mais il faut quand même l'éliminer. Par contre, les autres déchets sont toxiques, c'està-dire qu'ils dérangent le métabolisme. Le bioxyde de carbone (CO 2 ) résulte de la combustion des lipides et des glucides. Ce déchet toxique est éliminé par les poumons lors de l'expiration. La dégradation des protides en présence d'oxygène produit un déchet azoté, l'ammoniac (NH 3 ). Cette substance est très toxique et elle doit donc être éliminée avant qu'elle nuise à l'organisme. C'est au niveau du foie que l'ammoniac est transformé en urée, substance non toxique. Puisque ces déchets toxiques peuvent empoisonner ton organisme, il est important que celui-ci les élimine rapidement. C'est pourquoi ton corps est muni de mécanismes qui lui permettent de se purifier et de se désintoxiquer. En plus, certains organes sont chargés de rejeter ces déchets à l'extérieur. Ce sont les organes excréteurs et tu les étudieras au Cahier 6.

20 91-0 SYNTHÈSE SYNTHÈSE Jusqu'à maintenant, tu as étudié la nutrition, la digestion, la respiration pulmonaire, la circulation et la respiration cellulaire. Comme tu as pu le constater, il existe un lien étroit entre ces divers processus. Le schéma suivant représente cette relation qui existe entre eux. La nutrition La respiration cellulaire Alimentation 9 Digestion des aliments complexes 9 Absorption des nutriments Air atmosphérique 9 Inspiration et expiration 9 Diffusion de l'oxygène Le transport des nutriments par le sang La respiration cellulaire Le transport de l'oxygène par le sang Cellule 9 Libération d'énergie et production de déchets qui sont ensuite éliminés

21 EXERCICE Vrai ou Faux a) L'ammoniac est transformé en urée non toxique par le pancréas. b) Ce sont les lipides qui libèrent le plus d'énergie. c) L'oxygène est essentiel à la respiration cellulaire. d) Le métabolisme est l'ensemble des réactions chimiques qui s'accomplissent dans l'organisme. e) La respiration cellulaire se fait au niveau des poumons. 2. Énonce sous forme d'équation la respiration cellulaire. 3. Dresse un tableau comparatif des trois producteurs d'énergie et de leur valeur énergétique respective.. Remplis les tirets. a) L' est un déchet azoté qui provient de la dégradation des. b) Les libèrent deux fois plus d'énergie que les et les. c) Le est le déchet produit par la combustion des lipides et des glucides. d) La respiration cellulaire comprend la libération d' et la production de. e) Une partie de l'énergie libérée par la respiration cellulaire est utilisée par les. Le reste aide à maintenir la du corps constante.

22 MOTS-CLÉS cellule membrane cytoplasmique cytoplasme noyau diffusion osmose pinocytose phagocytose respiration cellulaire métabolisme rendement énergétique bioxyde de carbone ammoniac

23 FORMATION INTERMÉDIAIRE BIO 2011 CORRIGÉ (Cahier )

24 CORRIGÉ EXERCICE 1, PAGE a) cellule b) semi-perméable c) nutriments, oxygène, eau et déchets d) microscope e) molécule, tête d'épingle a) noyau b) membrane cytoplasmique c) cytoplasme. a) D c) B b) A d) C

25 CORRIGÉ a) Faux d) Faux b) Vrai e) Vrai c) Vrai EXERCICE 2, PAGE a) Faux d) Vrai b) Vrai e) Faux c) Vrai 2. Nutriments + O 6 Énergie + H O + CO + déchets azotés Éléments nutritifs lipides glucides protides Valeur énergétique (kj/g) a) ammoniac, protides b) lipides, glucides, protides c) bioxyde de carbone d) énergie, déchets e) activités cellulaires, température