PARTIE 1 : LES CELLULES, LES PLUS PETITES UNITÉS DU MONDE VIVANT

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1 PARTIE 1 : LES CELLULES, LES PLUS PETITES UNITÉS DU MONDE VIVANT Chapitre 1 : Comparaison de la structure des cellules chez des êtres vivants différents 1 semaine Pb 1 : Quels sont les points communs et les différences entres les cellules des végétaux, des animaux et des champignons? Pb 2 : Quels sont les points communs et les différences entre les bactéries et les cellules eucaryotes? Chapitre 2 : Respiration et nutrition des cellules chez les organismes pluricellulaires TP noté DM facultatif 01 4 semaines Pb 1 : Comment les animaux approvisionnent-ils leurs cellules en nutriments et dioxygène? Pb 2 : Comment les plantes capturent-elles la lumière et les gaz (O 2 et CO 2 ) dont elles ont besoin pour pousser? Pb 3 : Comment les plantes fabriquent-elles les nutriments dont leurs cellules ont besoin? TP noté Devoir 01 Pb 4 : Comment les plantes approvisionnent-elles l ensemble de leurs cellules en nutriments produits dans les feuilles? Chapitre 3 : Les cellules, de petites «usines» spécialisées 5 semaines Pb 1 : Comment fonctionnent la «machinerie cellulaire»? Pb 2 : Quel est le plan, le schéma qui permet l assemblage des nouvelles protéines? Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries? TP noté Devoir 02

2 Chapitre 3 : Les cellules, de petites «usines» spécialisées Chapitre 3 : Les cellules, de petites «usines» spécialisées 5 semaines Pb 1 : Comment fonctionnent la «machinerie cellulaire»? Pb 2 : Quel est le plan, le schéma qui permet l assemblage des nouvelles protéines? Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux et des champignons? TP noté Devoir 02

3 Introduction Introduction

4 Introduction ACTIVITE 1 Objectif de l activité : - Réactiver des acquis de 5 ème et 4 ème (Domaine 4)

5 Introduction Fabrication des enzymes Fabrication des enzymes

6 Introduction

7 Introduction Coupe de testicule (MO x100) Follicule ovarien (MO x100) Ovule Hormones sexuelles Testostérone Œstrogène

8 Introduction Dans un organisme pluricellulaire, les cellules sont spécialisées et fabriquent puis libèrent un certain nombre d éléments (exemples : hormones, enzymes, neurotransmetteurs ).

9 Pb 1 : Comment fonctionnent la «machinerie cellulaire»? Problématique 1 : Comment fonctionnent la «machinerie cellulaire»?

10 Pb 1 : Comment fonctionnent la «machinerie cellulaire»? ACTIVITE 2 Objectifs de l activité : - Analyser des documents pour répondre à des questions (Domaine 4) - Histoire des sciences (Domaine 5)

11 Pb 1 : Comment fonctionnent la «machinerie cellulaire»? MET : Microscope Electronique à Transmission Plasmocyte observé au MO (x60) Plasmocyte (type particulier de globule blanc) observé au MET (x5000)

12 Pb 1 : Comment fonctionnent la «machinerie cellulaire»? % George E. Palade ( )

13 Pb 1 : Comment fonctionnent la «machinerie cellulaire»? % Comment varie la quantité de protéines colorées dans le réticulum endoplasmique granuleux durant la phase de chasse? La quantité de protéines colorées dans le REG est de 84%, puis diminue progressivement au cours du temps : elle est de 50% après 10min, 28% après 30min et 25% à 120min (fin de l expérience). Comment varie la quantité de protéines colorées dans l appareil de Golgi durant la phase de chasse? La quantité de protéines colorées dans l appareil de Golgi est de 0% au début de l expérience, puis augmente jusqu à 50% en 15min. Après 15min, elle diminue progressivement jusqu à 5% à la fin de l expérience (120min). Comment varie la quantité de protéines colorées dans les vésicules de transport du Golgi durant la phase de chasse? La quantité de protéines colorées dans les vésicules de transport du Golgi est de 0% au début de l expérience. Elle augmente ensuite progressivement (3% à 10min, 22% à 20min, 60% à 40 min) jusqu à la fin de l expérience (120min) où elle atteint son maximum de 75% de protéines colorées.

14 Pb 1 : Comment fonctionnent la «machinerie cellulaire»? 3. Vésicule de transport du Golgi Sens de fabrication des nouvelles protéines 2. Appareil de Golgi 1. REG

15 Pb 1 : Comment fonctionnent la «machinerie cellulaire»?

16 Pb 1 : Comment fonctionnent la «machinerie cellulaire»?

17 Pb 1 : Comment fonctionnent la «machinerie cellulaire»? Le cytoplasme des cellules est composé d eau et d organites dont les fonctions sont diverses : - Les mitochondries fabriquent l énergie utilisée par la cellule à partir du glucose et du O 2. - Les ribosomes du réticulum endoplasmique granuleux (REG) assemblent de nouvelles protéines à partir de celles issues de la digestion des aliments. - L appareil de Golgi apporte des modifications aux protéines assemblées au niveau du REG. - Les vésicules issues du Golgi transportent les nouvelles protéines soit vers d autres organites de la cellule, soit vers l extérieure de la cellule.

18 Pb 1 : Comment fonctionnent la «machinerie cellulaire»? Membrane Mitochondrie Noyau Cytoplasme REG Lysosome Appareil de Golgi Schéma d une cellule animale Paroi Membrane Appareil de Golgi Noyau REG Chloroplaste Mitochondrie Schéma d une cellule végétale

19 Pb 1 : Comment fonctionnent la «machinerie cellulaire»? Cil Cytoplasme Chromosome circulaire Membrane Paroi Ribosome Flagelle Schéma d un bactérie

20 Problématique 2 : Quel est le plan, le schéma qui permet l assemblage des nouvelles protéines?

21 ACTIVITE 3 Objectif de l activité : - Pratiquer la démarche scientifique (Domaine 4)

22 Chironome (insecte du groupe des diptères) Larve de chironome Cellules des glandes salivaires (1). Dessine (puis ajoute une légende et un titre) une cellule de glande salivaire de larve de chironome.

23 Membrane Cytoplasme Chromosome Noyau Dessin d une cellule de glande salivaire de chioronome observée au microscope optique (x 60)

24 (2). Décris ce que tu observes de particulier dans cette cellule : J observe que

25 (3). Propose une problématique en rapport avec l hypothèse suivante : Je pense que les chromosomes observés dans le noyau de la cellule de chironomes sont composés d ADN. (4). Recopie l hypothèse proposée après ta problématique. (5). Réfléchis à une expérience permettant de tester l hypothèse proposée. - Liste du matériel nécessaire - Grandes étapes du protocole

26 (3). Propose une problématique en rapport avec l hypothèse suivante : Je pense que les chromosomes observés dans le noyau de la cellule de chironomes sont composés d ADN. (4). Recopie l hypothèse proposée après ta problématique. (5). Réfléchis à une expérience permettant de tester l hypothèse proposée. - Liste du matériel nécessaire - Grandes étapes du protocole Aide : Quelques réactifs et colorants utilisés en laboratoire de biologie Bleu de méthylène Bleu de toluidine Carmin acétique Eosine Noir soudan Lugol (eau iodée) Colorant bleu toute la cellule Colore en bleu uniquement l ADN Colore en rouge uniquement les noyaux des cellules Colore en rouge/rose uniquement les protéines du cytoplasme Colore en brun-noir uniquement les graisses Colore en brun uniquement le glucose

27 (5). D après les résultats ci-dessus, conclue sur la validité (la «justesse») de l hypothèse proposée.

28 A l intérieur du noyau des cellules on distingue des «bâtonnets» d ADN : ce sont les chromosomes.

29 A l intérieur du noyau des cellules on distingue des «bâtonnets» d ADN : ce sont les chromosomes. Transition : Les noyaux des cellules de glandes salivaires de chironomes contiennent de l ADN. Est-ce le cas pour toutes les cellules de tous les organismes vivants?

30 ACTIVITE 4 Objectif de l activité : - Suivre un protocole expérimental (Domaine 4) Objectifs pour le brevet : - Test de compétences du domaine 4

31 Cellules de pulpe de banane (MO x60) Levures (MO x60) Œufs de poisson (Œil nu)

32 PROTOCOLE (1). A l aide du pilon, broyiez la banane ou la levure ou les œufs de poisson. Cette première étape permet de séparer les cellules les unes des autres. (2). Dans un second temps, ajoutez le gros sel et poursuivez le broyage. Le gros sel à pour rôle de faire éclater les membranes des cellules et séparer l ADN (si il est bien présent) du reste des éléments cellulaires. (3). Enveloppez le broyat obtenu dans la gaz et pressez fortement pour en extraire un jus. Récupérez le jus dans l entonnoir placé sur le tube à essai. Le jus récupéré contient l ADN (si il est bien présent) sous forme dissoute. (4). Penchez le tube à essai (environ 30 ) et faire couler doucement le long de la paroi du tube l alcool glacé. L alcool à pour rôle de faire précipiter (redonner son état solide) l ADN. L alcool est glacée pour conserver au mieux l ADN (si il est bien présent), une molécule fragile.

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34 1-2 cm 10 µm = cm

35 1-2 cm 10 µm = cm

36 L ADN est une molécule contenue dans toutes les cellules (qu elles soient animales, végétales ou de champignons). Dans les chromosomes, l ADN est pelotonné (compacté).

37 L ADN est une molécule contenue dans toutes les cellules (qu elles soient animales, végétales ou de champignons). Dans les chromosomes, l ADN est pelotonné (compacté). Transition : Comment être certain que les chromosomes (l ADN) ont bien un rôle important dans l assemblage des nouvelles protéines par les cellules?

38 ACTIVITE 5 Objectif de l activité : - Pratiquer la démarche scientifique (Domaine 4)

39 - Comment être certain que les chromosomes (l ADN) ont bien un rôle important dans l assemblage des nouvelles protéines par les cellules? - Hypothèse : Je pense que l ADN (et donc les chromosomes) est le support de l information génétique. (1). Comment vérifier la validité (la «justesse») de l hypothèse proposée sans faire d expérience de manipulation génétique?

40 - Comment être certain que les chromosomes (l ADN) ont bien un rôle important dans l assemblage des nouvelles protéines par les cellules? - Hypothèse : Je pense que l ADN (et donc les chromosomes) est le support de l information génétique. (1). Comment vérifier la validité (la «justesse») de l hypothèse proposée sans faire d expérience de manipulation génétique?

41 Syndrome de Turner Syndrome de Down

42 Syndrome de Turner Syndrome de Down

43 Les personnes atteintes par les syndromes de Turner ou de Down présentent des caryotypes... en comparaison des Cela démontre donc bien que.... déterminent (contiennent le schéma) des caractères des individus qui les portent. Mon hypothèse était donc..

44 Les chromosomes (composés d ADN et enfermés dans le noyau), sont le support de l information génétique. L ADN renferme donc les schémas qui permettent aux cellules de fabriquer des protéines.

45 NOYAU Renferme le schéma (information génétique = ADN/chromosomes) REG Décodage du schéma et assemblage des nouvelles protéines APPAREIL DE GOLGI Modifications et transport des protéines Schéma bilan de la fabrication de nouvelles protéines Nouvelles protéines

46 Composé précurseur Enzyme E1 Composé intermédiaire Enzyme E2 Pigment rouge

47 Hortensia bleu Hortensia rose

48 ph du sol = acide Hortensia bleu Hortensia rose ph du sol = neutre

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50 Martin Scorsese (1880)

51 Remarque : Tous les caractères qui composent un individu ne sont pas inscrits dans son ADN (ou ses chromosomes). Certains caractères dépendent en effet de l environnement dans lequel se développe l individu (exemple : bronzage pour l Homme).

52 Remarque : Tous les caractères qui composent un individu ne sont pas inscrits dans son ADN (ou ses chromosomes). Certains caractères dépendent en effet de l environnement dans lequel se développe l individu (exemple : bronzage pour l Homme). Transition : Comment l information génétique se répartie-t-elle le long des chromosomes?

53 ACTIVITE 6 Objectifs de l activité : - Analyser des documents pour répondre à des questions (Domaine 4) - Histoire des sciences (Domaine 5)

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55 Génération des parents Génération de parents

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57 Schéma bilan de la répartition de l information génétique (= schémas qui codent pour les différents caractères)

58 Le long d un chromosome on trouve des régions où se concentre l information génétique : on les appelle des gènes. Un gène contient l information nécessaire pour la fabrication (le codage) de nouvelles protéines par la cellule (c est-à-dire d un caractère pour l individu). Chaque chromosome porte un grand nombre gènes.

59 Gène a = Caractère a Gène b = Caractère b Gène c = Caractère c Gène d = Caractère d Gène e = Caractère e Schéma de la répartition des gènes sur une paire de chromosomes

60 Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries? Problématique 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries?

61 Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries? ACTIVITE 7 Objectif de l activité : - Pratiquer la démarche scientifique (Domaine 4)

62 Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries? (1). Propose une hypothèse répondant à la problématique 3.

63 Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries? (1). Propose une hypothèse répondant à la problématique 3. Je pense que les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries renferment toutes de l ADN et qu elles possèdent des gènes en commun (=> ressemblances) et des gènes différents (=> différences). (2). De quel type de document as-tu besoin pour vérifier la validité (la «justesse») de ton hypothèse?

64 Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries? Espèces % de gènes en commun avec l Homme Chimpanzé 98,9 Haemophilus influenzae (bactérie) 7 Drosophile 36 Poisson zèbre 85 Souris domestique 90

65 Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries? Espèces % de gènes en commun avec l Homme Chimpanzé 98,9 Haemophilus influenzae (bactérie) 7 Drosophile 36 Poisson zèbre 85 Souris domestique 90 (5). Si la question 4 te sert de constat, d observation, quelle nouvelle problématique peut-on alors se poser. Comment expliquer que tous les organismes vivants sur Terre possède de l ADN portant des gènes en commun? (6). Propose une hypothèse répondant à cette nouvelle problématique.

66 Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries? Espèces % de gènes en commun avec l Homme Chimpanzé 98,9 Haemophilus influenzae (bactérie) 7 Drosophile 36 Poisson zèbre 85 Souris domestique 90 (5). Si la question 4 te sert de constat, d observation, quelle nouvelle problématique peut-on alors se posée. Comment expliquer que tous les organismes vivants sur Terre possède de l ADN portant des gènes en commun? (6). Propose une hypothèse répondant à cette nouvelle problématique. Je pense que tous les êtres vivants ont une origine commune, ont un même ancêtre très ancien, né au tout début de la Vie sur Terre.

67 Chromosome Membrane Poils de mammouth Cytoplasme Résultat de l extraction d ADN chez une bactérie Morceau d ambre avec insecte Cellule Membrane Cytoplasme Noyau ADN (chromosome) Eucaryotes Procaryotes : Animaux Végétaux Champignons Unicellulaires Bactéries

68 Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries?

69 Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries? Biofilms formés à la surface des sédiments (Archéen inférieur). (a) Biofilm épais formé et desséché dans la zone littorale ; (b) biofilm fin formé sous eau et consistant en une pellicule fine de polymère (pol), des filaments bactériens dégradés et des coques (flêche) (qui sont presque indifférenciables, à ce grandissement, des microcristaux de quartz). Biofilm actuel

70 Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries? Tous les organismes vivants, qu ils soient actuels ou fossiles, sont constitués d au moins une cellule renfermant de l ADN. Dès lors on peut en déduire une origine primordiale commune (datée d environ 3.8 milliards d années) de tous les organismes vivants (Homme compris) sur Terre.

71 Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries? ACTIVITE 8 Objectif de l activité : - Analyser des documents pour répondre à des questions (Domaine 4)

72 Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries?

73 Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries? Chaque espèce possède un caryotype différent. D une espèce à l autre on retrouve des gènes en communs ce qui expliquent qu elles possèdent des caractères communs et des gènes différents qui expliquent leurs caractères différents.

74 Pb 3 : Comment expliquer les points communs et les différences observées entres les cellules des animaux, des végétaux, des champignons et des bactéries? Chaque espèce possède un caryotype différent. D une espèce à l autre on retrouve des gènes en communs ce qui expliquent qu elles possèdent des caractères communs et des gènes différents qui expliquent leurs caractères différents.