Thème 1 : La Terre dans l Univers, la vie et l évolution du vivant : une planète habitée Chapitre 2/th1 La nature du vivant Je serai capable de...( I.) - de définir les termes spécifiques de ce thème - d indiquer la nature chimique des êtres vivants - utiliser les résultats expérimentaux des tests de mise en évidence des molécules organiques - de démontrer l unité du vivant au niveau de sa composition chimique - Je serai capable de...( II.) - de définir les termes spécifiques de ce thème - d'utiliser une démarche expérimentale pour mettre en évidence les métabolismes cellulaires - d'exploiter des résultats expérimentaux - d indiquer les mécanismes de contrôle du métabolisme cellulaire - de réaliser une observation à l'aide du microscope optique - d expliquer en quoi la structure cellulaire est favorable aux métabolismes - de décrire la structure et l ultrastructure des cellules Je serai capable de...( III.) - de définir les termes spécifiques de ce thème - d indiquer la structure et la fonction de la molécule d ADN - d exploiter des résultats expérimentaux de transgenèse - de montrer que la molécule d ADN est une molécule universelle - de montrer que la molécule d ADN est une molécule universelle et variable Définitions : - matière organique : matière élaborée par les êtres vivants et constituée au moins de carbone, d hydrogène et oxygène - métabolisme : ensemble des transformations chimiques se déroulant à l intérieur d une cellule - mutation : - cellule eucaryote : cellule possédant un noyau délimité par une enveloppe et des organites cytoplasmiques ; - cellule procaryote : cellule ne possédant pas de noyau délimité ni organites cytoplasmiques ; - organite cellulaire : compartiment cytoplasmique délimité par une membrane ou enveloppe et jouant un rôle dans le fonctionnement cellulaire. - transgenèse : voir résumé ci-dessus ; - ADN : acide désoxyribonucléique ; - nucléotide : élément constitutif de la molécule d ADN ; - gène : unité d information génétique inscrite dans la molécule d ADN qui dirige l expression d un caractère ; - allèle : une des variations possibles d un gène ; - mutation : processus aléatoire (parfois provoqué) qui modifie la séquence nucléotidique de la molécule d ADN au niveau d'un gène. 1 / 7
Résumé du cours... I. La composition chimique des êtres vivants Comme la matière inerte (=matière du monde minéral), la matière des êtres vivants est constituée d éléments chimiques disponibles sur Terre. Cependant la matière des êtres vivants se distingue de la matière minérale par sa richesse relative en quelques éléments chimiques principaux : carbone, hydrogène, oxygène, azote. La matière minérale du globe terrestre est constituée essentiellement par des atomes de fer, d oxygène, de silicium et de magnésium, calcium. L eau est la molécule la plus abondante chez les êtres vivants. Les autres molécules se répartissent principalement dans les quatre catégories suivantes : glucides, lipides, protides, acides nucléiques. Ces quatre groupes de molécules ont un squelette d atomes de carbone liés à d autres atomes, c est pourquoi on les appelle molécules «organiques» ou «carbonées». Les éléments chimiques constituant la matière organique sont les mêmes chez tous les êtres vivants. On observe donc une unité chimique des êtres vivants. Cette unité chimique est un indice de la parenté des êtres vivants. II. Les caractéristiques communes des cellules A. Le métabolisme cellulaire et son contrôle Tous les êtres vivants sont constitués d une ou plusieurs cellules. Pour produire de l énergie et de la matière dont elles ont besoin, les cellules prélèvent dans leur milieu des molécules qu elles vont convertir. Ainsi de nombreuses transformations chimiques se déroulent en permanence. Elles constituent le métabolisme. (exemples de réactions métaboliques étudiées: la fermentation alcoolique; la respiration cellulaire; la photosynthèse) Les transformations du métabolisme s accompagnent d échanges gazeux avec le milieu extra-cellulaire impliquant le plus souvent du dioxyde de carbone et du dioxygène. Le métabolisme des cellules est contrôlé par le patrimoine génétique : certaines mutations sont à l origine de modifications du fonctionnement des cellules. Le métabolisme des cellules est également influencé par les conditions du milieu dans lequel vivent les cellules, c est-à-dire les facteurs de l environnement cellulaire. Le métabolisme a lieu dans toutes les cellules du monde vivant. La cellule est donc une unité fonctionnelle commune à tous les êtres vivants. B. Une structure cellulaire favorable (facilitant le) au métabolisme Toutes les cellules sont délimitées par une membrane plasmique, frontière entre leur cytoplasme et le milieu extracellulaire. Elles possèdent un ou plusieurs chromosomes qui renferment l information génétique. La cellule est une unité structurale commune à tous les êtres vivants. La membrane plasmique joue un rôle clé dans les échanges de matière liés au métabolisme. Les cellules des végétaux, des animaux, des champignons possèdent des compartiments délimités par une ou plusieurs membranes : les organites. Ces cellules sont dites eucaryotes. Les organites ont des fonctions variées. Les mitochondries, présentes chez tous les eucaryotes, jouent un rôle fondamental dans le métabolisme de la respiration cellulaire. Les chloroplastes, présents chez les cellules chlorophylliennes, jouent un rôle essentiel dans le métabolisme de la photosynthèse. Les cellules eucaryotes possèdent également un noyau contenant les chromosomes. Les cellules qui n ont pas de noyau délimité et ne sont pas compartimentées sont dites procaryotes. C est le cas des bactéries. C. La cellule et l unité du vivant Les caractères communs aux cellules de tous les êtres vivants sont des indices de leur parenté. Ils partagent de très lointains ancêtres qui leur ont légué ces caractères communs. 2 / 7
Résumé du cours... III. L'ADN, molécule universelle et variable La transgenèse est une technique qui consiste à transférer un gène d une espèce à une autre. Elle a pour objectif de donner à cet organisme génétiquement modifié un nouveau caractère jugé intéressant. Cette technique permet de démontrer que l information génétique contenue dans l ADN est inscrite dans un langage commun à tous les êtres vivants : elle est universelle. L universalité du rôle de l ADN est un indice de la parenté des êtres vivants. L ADN est une molécule constituée de deux brins parallèles enroulés en double hélice. Chaque brin d ADN est composé d un long enchaînement de nucléotides. Chaque nucléotide est constitué par l assemblage de l acide phosphorique, de désoxyribose (un «sucre») et d une base azotée parmi 4 possibles : adénine (A), guanine (G), thymine (T), cytosine (C). Une base azotée ne peut s unir qu à une seule des trois bases ; il existe donc «2 couples de bases» seulement : A T et C G. On dit que les bases sont complémentaires deux à deux. La succession des nucléotides sur un brin d ADN constitue une séquence nucléotidique. L universalité de la structure de l ADN est un indice de la parenté entre les êtres vivants. Au sein d un gène, c est la séquence nucléotidique qui constitue l information génétique sous forme codée. Un même gène peut exister sous différentes versions : ce sont les allèles. Les différents allèles se sont formés à partir de mutations. Les quelques différences constatées entre allèles ont pour origine des processus aléatoires qui modifient la séquence de l ADN : les mutations. Illustrations du cours : - activités 1 à 3 du problème 1/ch2/th1 pour le I.) ; - activités 1 à 3 du problème 2/ch2/th1 pour le II-A.) ; - activités 4 et 5 du problème 2/ch2/th1 pour le II-B.) - activité 6 du problème 2/ch2/th1 pour le II-C.) - activités des problèmes 3 et 4 /ch2/th1 pour le III.) 3 / 7
Fiche de mémorisation à compléter : ( I.) Q1. Qu'est-ce que la matière organique? Quels éléments chimiques composent cette matière? Q2. Indiquer différents exemples de matière minérale naturelle? Q3. Quelle est la molécule la plus abondante chez les êtres vivants? Q4. Quelles sont les différentes molécules organiques du vivant? Q5. Quel autre terme utilise-t-on pour désigner les molécules organiques? Justifier. Q6. En quoi l'étude détaillée de la composition chimique des êtres vivants est un argument pour mettre en évidence l'unité du vivant? Q7. Quel réactif chimique est utilisé pour mettre en évidence la présence d'amidon? Q8. Quel réactif chimique est utilisé pour mettre en évidence la présence de sucre réducteur comme le glucose? Q9. Quels réactifs chimiques sont utilisés pour mettre en évidence la présence de protéines? Q10. Par quel technique peut-on mettre en évidence l'élément carbone dans la matière vivante? Q11. Quel réactif chimique est utilisé pour mettre en évidence le dégagement de CO2? 4 / 7
Fiche de mémorisation à compléter : ( II-A.) Q1. Comment caractérise-t-on les cellules? Q2. Qu'est-ce que le métabolisme cellulaire? Indiquer trois exemples? Q3. Dans quelle condition s'effectue la respiration cellulaire? Q4. Quel est le but principal de la respiration cellulaire? Quel est le bilan chimique réactionnel de ce métabolisme? Q5. Dans quelle condition s'effectue la fermentation? Q6. Quel est le but principal de la fermentation? Quel est le bilan chimique réactionnel de ce métabolisme? Q7. Dans quelles conditions s'effectue la photosynthèse? Q8. Quel est le but principal de la photosynthèse? Quel est le bilan chimique réactionnel de ce métabolisme? Q9. Quels sont les facteurs de contrôle des métabolismes? Q10. Pourquoi dit-on que la cellule est l'unité fonctionnelle commune à tous les êtres vivants? 5 / 7
Fiche de mémorisation à compléter : ( II-B.) Q1. Quelles est la structure de base à toutes les cellules? Q2. Qu'est-ce qui caractérise les cellules Eucaryotes? Q3. Qu'est-ce qui caractérise les cellules Procaryotes? Q4. Qu'appelle-t-on ultrastructure cellulaire? Q5. Qu'est-ce qu'un organite cellulaire? Q6. Quel organite joue un rôle principal dans la respiration cellulaire? Q7. Quel organite joue un rôle principal dans la photosynthèse? Q8. Pourquoi dit-on que la cellule est l'unité structurale commune à tous les êtres vivants? Q9. En quoi l'étude détaillée des cellules évoque une lignée commune à tous les êtres vivants? 6 / 7
Fiche de mémorisation à compléter : ( III.) Q1. Qu'est-ce que la transgenèse? Q2. Quels enseignements nous apportent les expériences de transgenèse quant au caractère universel de la molécule d'adn? Q3. En quoi la molécule d'adn est-elle un indice de parenté des êtres vivants? Q4. Quelle est la structure moléculaire de la molécule d'adn? Q5. Quelle est la structure d'un nucléotide? Q6. Quelle est le nucléotide complémentaire au nucléotide thymine? Q7. Quel est le nucléotide complémentaire au nucléotide guanine? Q8. Qu'est-ce qu'un gène? Q9. Qu'est-ce qu'un allèle? Q10. Quel enseignement apporte des molécules d'adn de différents gènes? Q11. Quel enseignement apporte la comparaison des séquences de nucléotides des versions différentes (=allèles) d'un gène donné? Q12. Qu'est-ce qu'une mutation? En quoi les mutations sont source de diversité de la molécule d'adn? 7 / 7