Seconde 20112012 Thème 1 : La Terre dans l'univers, la vie et l'évolution du vivant. Chapitre 2 : La nature du vivant, une unité chimique et structurale. SOMMAIRE 1 La composition chimique des êtres vivants : 11 : Le monde inerte et le monde vivant : TP3 12 : La richesse en eau du vivant. 13 : Les molécules chimiques constitutives des êtres vivants : TP4 2 Les cellules sont les unités de bases de tous les êtres vivants : 21 : L'organisation des cellules procaryotes. 22 : L' organisation des cellules eucaryotes : TP5 1
Seconde 20112012 1 La composition chimique des êtres vivants : 11 : Le monde inerte et le monde vivant : TP3 Les êtres vivants fabriquent leur matière à partir d'éléments chimiques disponibles dans le milieu qui les entoure. C'est l'une des propriétés du vivant. Doc.1 : Tableau de comparaison de l'abondance relative des éléments entre le vivant et l'inerte Éléments majeurs Éléments biogènes Oligoéléments Éléments Homme Laitue Croûte terrestre Eau de mer Carbone 19,37 11,34 11,03 0,0014 Hydrogène 9,31 8,72 0,14 66 Azote 5,14 0,8250 0,005 Oxygène 62,81 77,35 46,6 33 Phosphore 0,63 0,71 0,12 0,000002 Soufre 0,64 0,1 0,05 0,02 Calcium 1,38 0,58 3,63 0,01 Sodium 0,26 0,03 2,4 0,28 Potassium 0,22 0,17 2,83 0,006 Magnésium 0,04 0,08 2,09 0,03 Chlore 0,18 0,07 0,02 0,33 Fer 0,0050 0,0027 5,0000 Silicium 0,0040 0,0093 27,72 Zinc 0,0025 0,0004 0,0070 Rubidium 0,0009 0,0005 Cuivre 0,0004 0,0003 0,0045 Brome 0,0002 Étain 0,1000 Manganèse 0,0004 Iode Aluminium 0,0025 8,13 Plomb 0,0010 < 0,1 De l'étude de ce tableau, il ressort que chez les êtres vivants, les éléments majeurs sont an quantité supérieure à 1%, les éléments biogènes dont l'importance est moindre et les oligoéléments souvent présents à l'état de traces mais dont l'absence entraîne certaines carences (Pour en savoir plus ; site pour faire lien avec maladies) 2
Seconde 20112012 Concernant les éléments, l'étude comparative du tableau montre que : le monde vivant est très riche en hydrogène et en oxygène, tout comme l'eau de mer. Le silicium est abondant dans la lithosphère et entre dans la composition de très nombreux minéraux, mais c'est un élément quasiment absent de la matière vivante. (voir lien ou composition chimique de quelques minéraux). L'azote est un élément rare dans la lithosphère mais est un composant très abondant des êtres vivants. L'oxygène est un élément commun au monde vivant et au monde minéral. La liste des éléments abondants de la biosphère sont le Carbone, l'hydrogène, l'azote (N), l'oxygène, le Phosphore et le Soufre, soit l'abréviation CHONPS 12 : La richesse en eau du vivant : Les êtres vivants sont constitués majoritairement d'eau (65 à 95 % de leur masse totale) Doc.2 : Teneurs en eau d'êtres vivants variés : Organisme Teneur en eau (en%) Homme 62 Méduse 98 Grenouille 78 Oiseau 7075 Insecte 5080 Tomate 91 13 : Les molécules chimiques constitutives des êtres vivants : TP4 Tous les êtres vivants sont formés, pour l'essentiel, d'eau et de matière organique. Ces molécules organiques sont riches en carbone (matière dite carbonée) et appartiennent à trois grandes catégories : les glucides, les lipides et les protides. les glucides sont formés essentiellement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène les lipides sont formés de carbone et d'hydrogène les acides aminés (au nombre de 20 sur Terre) sont formés essentiellement de carbone, d'oxygène, d'hydrogène et d'azote. Les acides aminés reliés entre eux constituent les protéines. les acides nucléiques formés essentiellement d'azote et de carbone. Pour en savoir plus : m.f/bio902/atomesetmolecules/moleculesorganiques.htm http://cours.cegepstjerome.qc.ca/101902 Les êtres vivants sont constitués d'éléments chimiques disponibles sur le globe terrestre. Leurs proportions sont différentes dans le monde inerte et dans le monde vivant. Ces éléments chimiques se répartissent dans les diverses molécules constitutives des êtres vivants. Les êtres vivants se caractérisent par leur matière carbonée et leur richesse en eau. L'unité chimique des êtres vivants est un indice de leur parenté. 3
Seconde 20112012 2 Les cellules sont les unités de bases de tous les êtres vivants : TP5 La cellule est l'unité structurale des êtres vivants. Elle constitue l'unité de base de construction d'un organisme. Les êtres vivants sont constitués d'une seule cellule (organisme unicellulaire) ou de plusieurs cellules (organisme pluricellulaire). Il existe deux types fondamentaux de cellules : les cellules procaryotes et les cellules eucaryotes. Pour en savoir plus : http://ead.univangers.fr/~jaspard/page2/textetd/5tdbiocelll1/1tdcomparproeucar/1tdcompproeucar.htm Toutes les cellules sont délimitées par une membrane plasmique qui définit deux compartiments : le milieu intracellulaire à l'intérieur de la cellule et le milieu extracellulaire à l'extérieur de la cellule. La distinction entre les deux types de cellules se fait selon qu'elles possèdent dans le milieu intracellulaire un noyau séparé par une membrane. On distingue : 21 : L' organisation des cellules procaryotes : Ces cellules (par exemple les bactéries) ne possèdent de noyau vrai, ce sont exclusivement des organismes unicellulaires. Doc.3 : Schéma d'une cellule procaryote 4
Seconde 20112012 Doc.4 : Quelques exemples de bactéries Bacillus subtilis Escherichia coli Pseudomonas aeruginosa Staphylococcus aureus Steptococcus sp Proteus mirabilis 5
Seconde 20112012 22 : L'organisation des cellules eucaryotes : La majorité des organismes vivants actuels sont des eucaryotes. Un cellule eucaryote se distingue d'une cellule procaryote par l'existence d'une membrane nucléaire qui délimite un noyau, et par la présence dans le milieu intracellulaire d'un très grand nombre d'organites aux fonctions diverses. Doc.5 : Schéma d'une cellule eucaryote Cellule humaine Cellule végétale Pour en savoir plus : http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/anveg/cellancellveg2.html 6
Seconde 20112012 Doc.6 : Tableau des organites présents dans une cellule eucaryote et leur fonction ORGANITES FONCTIONS contient l'information génétique est entouré d'une enveloppe nucléaire permet la synthèse de molécules organiques comme les protéines contient des chromosomes NOYAU joue un rôle dans la production d'énergie utilisable par la cellule lieu cellulaire de l'utilisation du dioxygène MITOCHONDRIE lieu de synthèse et de maturation des protéines APPAREIL DE GOLGI lieu de synthèse et de maturation des protéines 7
Seconde 20112012 RETICULUM ENDOPLASMIQUE lieu de la réalisation de la photosynthèse organe de stockage temporaire de l'amidon synthétisé lors de la photosynthèse CHLOROPLASTE La cellule est un espace limité par une membrane qui échange de matière et de l'énergie avec son environnement. Cette unité structurale commune à tous les êtres vivants est un indice de leur parenté. Tous les êtres vivants procaryotes ou eucaryotes dérivent d'un ancêtre commun (LUCA pour Last Universal Common Ancestor), ils présentent donc des relations de parenté justifiées par l'unité chimique et structurale du vivant. Exercice 4 page 34 : L'action de la salive sur l'amidon 1 Le document 1 est une représentation par logiciel de deux molécules : le glucose est composé de 6 atomes de carbone (et de nombreux atomes de H et O), la molécule d'amidon comprend beaucoup plus d'atomes de carbone. On en déduit que la molécule d'amidon est une macromolécule car elle contient des milliers d'atomes. De plus dans la molécule d'amidon, on observe que 3 molécules de glucose sont reliés entre elles, donc l'amidon est un enchaînement de molécules de glucose (on parle de polymère de glucose). 2 Le document 2 propose une expérience réalisée sur l'amidon. Avant l'action de la salive, la coloration bleue indique l'absence de glucose, après action de la salive la coloration rouge brique indique que du glucose est apparu. Cette apparition ne peut se réaliser qu'à partir de l'amidon, la salive a semble t'il agit sur l'amidon pour le découper en molécules plus petites. Exercice 5 page 35 : Aux origines de la vie Il s'agit des quatre éléments principaux des êtres vivants : Carbone, Oxygène, Hydrogène et Azote. Exercice 6 page 34 : La matière vivante Si on compare les masses étuvées aux masses fraîches, la différence (en % de la masse fraîche) donne la teneur en eau. On trouve ainsi 79%, 83%, 88%, 85% et 83% pour les espèces 1 à 5. La matière vivante est donc caractérisée, entre autres, par sa richesse en eau. Exercice 7 page 34 : 1 L'enképhaline est une molécule fabriquée par l'organisme et qui contient C, H, O, N et S. C'est donc une molécule organique et précisément un protide. 2 Après injection de morphine, on observe sur le graphique moins de lignes horizontales colorées donc moins d'activité des neurones. On en déduit que la morphine bloque ou inhibe l'activité des neurones transmettant la douleur. La morphine bloque les messages douloureux, elle a un effet analgésique 3 Le document 1 montre le structure des deux molécules de morphine et d'enképhalines : on observe de nombreuses similitudes (présence d'un cycle à 6 carbones, d'un groupement hydroxyle OH) entre les deux molécules et notamment dans la zone de liaison spécifique au récepteur. On peut supposer que la morphine se fixe au même récepteur que les enképhalines, d'où la même action analgésique. 8