BILAN TP n 4 n 7 (Extrait de votre livre Belin 2000, SVT) Les êtres vivants semblent avoir entre eux peu de points communs. Pourtant, sous le microscope, on découvre qu'ils sont tous constitués d'unités structurales comparables : les cellules. Ce sont elles qui possèdent toutes les caractéristiques structurales et fonctionnelles permettant à tout être vivant de se développer et de conserver son intégrité et ses caractéristiques propres. 1. La cellule est l'unité structurale de tous les êtres vivants. - Tout être vivant, qu'il soit végétal, animal ou bactérien est constitué d'une ou de plusieurs cellules entourées d'une membrane plasmique les séparant du milieu extérieur. La taille des cellules varie de 1µm à plusieurs centaines de µm selon le type cellulaire. - Il existe deux grands types cellulaires : les cellules eucaryotes et les cellules procaryotes. - La cellule eucaryote est compartimentée. Elle renferme dans son cytoplasme plusieurs organites, petites entités exerçant des fonctions propres et qui sont isolées par une ou des membranes. Les mitochondries, les vacuoles, le noyau qui contient les chromosomes et les chloroplastes présents chez les végétaux chlorophylliens sont des organites. - La cellule procaryote n'est pas compartimentée. Elle ne renferme aucun organite. Le chromosome baigne dans le cytoplasme, sans aucune séparation. Les procaryotes sont représentés par les bactéries. - Chez les organismes pluricellulaires, les cellules exerçant les mêmes fonctions sont regroupées en tissus, lesquels forment les organes. 2. La cellule est le siège d'un métabolisme - Les cellules sont le siège de réactions métaboliques qui conduisent à la synthèse des molécules organiques nécessaires à leur activité et à leur multiplication. - Il existe deux types de métabolismes : le métabolisme autotrophe et le métabolisme hétérotrophe. - Le métabolisme autotrophe caractérise les cellules chlorophylliennes des végétaux et de certaines bactéries. Les sels minéraux, l'eau et le dioxyde de carbone, absorbés par la cellule, fournissent à celle-ci les atomes nécessaires à la synthèse de molécules organiques. La lumière fournit l'énergie nécessaire à cette synthèse. Celle-ci se déroule dans les chloroplastes. - Le métabolisme hétérotrophe caractérise les cellules non chlorophylliennes des végétaux, celles des animaux, des levures et de certaines bactéries. Les cellules absorbent des matières organiques qui sont dégradées au cours de la respiration. Cette dégradation nécessite un apport de dioxygène et s'accompagne d'une libération de dioxyde carbone.
LEXIQUE TP n 4 à TP n 7 ADN : Acide désoxyribonucléique : Molécule constitutive des chromosomes, support de l'information génétique. Bactérie : être vivant unicellulaire de type procaryote. Cellule : Unité structurale et fonctionnelle des êtres vivants Chloroplaste : Organite présent dans la plupart des cellules végétales, qui contient la chlorophylle. Chlorophylle : Pigment végétal de couleur verte qui absorbe l'énergie lumineuse. Chromosome : matériel formé d'un assemblage d'adn. Les chromosomes sont localisés dans le noyau des cellules eucaryotes. Différenciation : La différenciation cellulaire est le processus par lequel les cellules se spécialisent en un type cellulaire. La morphologie d'une cellule peut changer radicalement durant la différenciation. Être vivant : La vie est le nom donné à l'état et aux formes auto-organisées et homéostatiques de la matière (capacité que peut avoir un système quelconque à conserver son équilibre de fonctionnement en dépit des contraintes qui lui sont extérieures) ayant une capacité de réplication et d'évolution. Eucaryote : Une cellule de type eucaryote est une cellule compartimentée renfermant des organites dont le noyau. Grossissement : grandeur sans dimension qui correspond au rapport de l'angle sous lequel est vu l'objet observé à travers l'instrument d'optique par rapport à celui sous lequel il est vu à l'oeil nu. Pour un microscope optique, il se calcule en multipliant le grossissement de l'objectif par celui de l'oculaire. Membrane (cyto)plasmique : est la membrane qui délimite une cellule, elle sépare le cytoplasme du milieu extérieur. Membrane nucléaire : double membrane biologique délimitant le noyau du cytoplasme. Métabolisme : ensemble des transformations moléculaires et énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou l'organisme vivant. Avoir un métabolisme hétérotrophe : Se dit d'un organisme ou d'une cellule qui prélève des substances organiques qu'il dégrade afin de fournir l'énergie suffisante à la synthèse de nouvelles molécules organiques. Avoir un métabolisme autotrophe : Se dit d'un organisme ou d'une cellule qui utilise des substances minérales (l'eau, le dioxyde de carbone en présence d'énergie lumineuse) pour synthétiser ses propres molécules organiques. Microscope : Instrument permettant d'obtenir une image agrandie d'un objet propre de petites dimensions. On distingue le plus couramment le microscope optique du microscope électronique. Mitochondrie : Organite intracellulaire impliqué dans la production d'énergie. Noyau : Organite eucaryote renfermant les chromosomes. Origine commune : On parle d'une origine commune des êtres vivants pour signifier qu'ils dérivent tous d'un ancêtre commun et unique. Organe : Élément d'un organisme, constitué de plusieurs tissus, participant à une même fonction. Exemple : le foie, le coeur... Organisme : ensemble des organes d'un être vivant et, par métonymie, l'être vivant lui-même. Organite : Élément d'une cellule eucaryote limité par une ou des membranes. Paroi : enveloppe des cellules bactériennes ou végétales, épaisse et rigide, située à l extérieur de la membrane plasmique et qui fixe leur forme. Paroi végétale : épaississement (essentiellement pectocellulosique) à la périphérie de la membrane plasmique. Photosynthèse: réaction qui se déroule au sein du chloroplaste et qui permet la production de molécules organiques (exemple le glucose) à partir uniquement de molécules minérales prélevées dans le milieu extracellulaire (CO 2 et H 2O principalement) et grâce à l énergie lumineuse absorbée par les pigments chlorophylliens. Cette réaction produit aussi un déchet (pour la cellule) : le dioxygène (O 2). Les échanges gazeux qui caractérisent la photosynthèse sont une absorption de CO 2 et un rejet d O 2 : ils n ont lieu que pendant une période éclairée (le jour, dans les conditions naturelles) et sont alors généralement d intensité beaucoup plus élevée que les échanges gazeux respiratoires. Pluricellulaire : Un organisme pluricellulaire est un organisme vivant comportant plusieurs cellules et ayant des cellules différenciées assurant des fonctions spécifiques. Les organismes qui peuvent être vus à l'oeil nu sont habituellement pluricellulaires. Procaryote : Une cellule de type procaryote est une cellule non compartimentée. Respiration : réaction qui se déroule au sein de chaque cellule et qui permet à celle-ci de produire l énergie dont elle a besoin pour fonctionner, à partir de la destruction de molécules organiques (combustibles) en présence de dioxygène O 2 (comburant). Cette réaction produit aussi des déchets minéraux (CO 2 et H 2O). Les échanges gazeux qui caractérisent la respiration sont une absorption d O 2 et un rejet de CO 2, échanges qui sont permanents car les besoins énergétiques d une cellule sont permanents. Dans les cellules eucaryotes, l essentiel de la respiration se déroule au sein des mitochondries. Unicellulaire : être vivant formé d'une seule cellule. Tissu : en biologie, un tissu est un ensemble de cellules de même origine concourant à une même fonction. Vacuole : cavité remplie de fluide dans les cellules végétales et dans les cellules des champignons. Végétaux chlorophylliens : Végétaux (majoritaires) qui présentent des pigments chlorophylliens.
Évaluation des connaissances SVT 2 11 6/11/2009 I. Restitution organisée des connaissances (/8) 30mn Dans les années 1830-1840, LIEBIG, DUMAS et BOUSSINGAULT conduisent des analyses chimiques en parallèle sur des tissus animaux et végétaux. Selon eux, il devait exister un vaste cycle métabolique du vivant incluant les animaux et les végétaux. [Dans leurs idées, «Animaux» : cellules non chlorophylliennes comme les levures «Végétaux» : cellules chlorophylliennes comme les euglènes ou les élodées. ] Aujourd'hui, cette idée a été confortée par le fonctionnement cellulaire que vous connaissez (TP n 6 et TP n 7) D'après vos connaissances, présentez les deux types de métabolisme en précisant le lien entre structure cellulaire et type de métabolisme. Pour cela, organiser votre réponse sous la forme d un texte et d'un schéma bilan résumant vos idées. Source : Pierre Vignais. La Biologie, des origines à nos jours. Votre exposé devra comporter une introduction (environ 3 à 5 lignes), un développement structuré en une ou deux parties dont chacune sera précédée d un titre (une dizaine de lignes par paragraphe au maximum) et une conclusion (2 à 5 lignes). Il pourra être accompagné de schémas explicatifs judicieusement choisis (vous pouvez résumer une expérience par un petit graphique).
II. Appliquer ses connaissances (/10) 25mn A. Analyse cellulaire 15mn (/7) Un étudiant a réalisé plusieurs préparations microscopiques différentes. Il a malheureusement oublié d étiqueter ces résultats. Il a besoin de votre aide pour reconnaître ces cellules présentes ci-dessous. Question n 1 : Rappeler les différents types de microscopes qui existent et quelle différence principale permet de les différentier? (2 lignes). Sur les clichés, quel microscope a été utilisé pour le cliché A? pour le cliché D? (2 lignes) Question n 2 : Identifier les cellules A, B et C dans la mesure de vos connaissances en justifiant. (1 ligne par cellule) Question n 3 : Reporter les numéros de légende et compléter. Question n 4 : Donner la taille réelle approximative de la cellule B et C (en µm) 1 5 2 3 6 7 4 500nm Cellule A. Source : Wikipédia 8 9 Cellule B. 20µm Source : Bordas, SVT, 2000 13 10 11 14 15 12 Cellules D. 10µm Dans cet échantillon, les noyaux sont colorés. Il y a plusieurs cellules. Source : Bordas 2000,SVT Cellule C. Source : Bordas. SVT.2000. B. Analyse cellulaire 10mn (/5) Grâce à un traitement chimique particulier, il est possible d éliminer la paroi entourant les cellules végétales, par exemple celle du poireau Une fois mises en culture, ces cellules vont se multiplier. Au bout d'un certain temps (3h), cette paroi se régénère. Temps 0 50 100 150 200 250 300 350 (en minutes) Nombre de cellules de poirreau vivantes (en 10 8 cellules par ml de solution) 0,2 0,3 0,6 1,15 2 2 2 2 Titre : Tableaux des résultats d'observation de l'évolution des populations de cellules de Poireau Question n 5 : Sur une demi-page, tracez la courbe montrant l évolution de la population de levures en fonction du temps. Question n 6 : Décrivez ce que montre cette courbe (observation) (1 à 2 lignes) Question n 7 : A votre avis, quelle structure cellulaire pourrait arrêter la multiplication des cellules de Poireau? (1 ligne)
CORRECTION Evaluation des connaissances SVT 24 Octobre 2009 TP n 4 à n 7 I. Restitution organisée des connaissances Introduction : /1 Selon LIEBIG, DUMAS et BOUSSINGAULT, il existerait un cycle métabolique entre animaux et végétaux. Le métabolisme est l'ensemble des transformations moléculaires et énergétiques qui se déroulent de manière ininterrompue dans la cellule ou l'organisme vivant. A l'échelle cellulaire, unité structurale et fonctionnelle des êtres vivants, ce métabolisme se retrouve. Après une analyse des différents types de métabolisme, nous allons voir dans quelle mesure ils peuvent être reliés. I. Mise en évidence des deux types de métabolisme On mesure en fonction du temps deux milieux de culture : les levures (cellules animales) ou les Elodées ( cellules végétales) que l'on place alternativement à la lumière et à l'obscurité. On enregistre les échanges gazeux grâce à une sonde à oxygène dont l'enregistrement se fait par EXAO. Bonus :/4 Source : Belin. SVT. 2000 On observe chez les levures une consommation de l'oxygène en fonction du temps. Chez les Elodées en revanche, on observe une production d'oxygène à la lumière et une consommation de l'oxygène à l'obscurité. (Vous pouviez également restituer les expériences du TP n 6) II. Il existe deux types de métabolismes : le métabolisme autotrophe et le métabolisme hétérotrophe. /2 - Le métabolisme autotrophe caractérise les cellules chlorophylliennes des végétaux et de certaines bactéries. Les sels minéraux, l'eau et le dioxyde de carbone, absorbés par la cellule, fournissent à celle-ci les atomes nécessaires à la synthèse de molécules organiques. La lumière fournit l'énergie nécessaire à cette synthèse. Celle-ci se déroule dans les chloroplastes. /2 - Le métabolisme hétérotrophe caractérise les cellules non chlorophylliennes des végétaux, celles des animaux, des levures et de certaines bactéries. Les cellules absorbent des matières organiques qui sont dégradées au cours de la respiration. Cette dégradation nécessite un apport de dioxygène et s'accompagne d'une libération de dioxyde carbone. et/ou schéma bilan /4 Conclusion schéma bilan Schéma bilan du fonctionnement des deux types de métabolisme /1,5 - On peut effectivement appuyer l'idée d'un cycle métabolique entre les êtres vivants puisqu'il apparaît que l'oxygène produit par les cellules chlorophyliennes (métabolisme autotrophe) est consommé par les cellules non chlorophyliennes (métabolisme hétérotrophe). Présence de titre : /0,5 Présence d'un schéma bilan : /1
II. Appliquer ses connaissances (/10) A. Analyse cellulaire (7) Question n 1 : Rappeler les différents types de microscopes qui existent et quelle différence principale permet de les différentier? (2 lignes). Sur les clichés, quel microscope a été utilisé pour le cliché A? pour le cliché D? (2 lignes) /1,5 Il existe le microscope optique et le microscope électronique. Ce dernier permet d'observer la structure intracellulaire de manière très fine. A : microscope électronique (MET) D : microscope optique. Question n 2 : Identifier les cellules A, B et C dans la mesure de vos connaissances en justifiant. (1 ligne par cellule) /1,5 A : cellule animale car elle contient un noyau et des mitochondries. B : cellule végétale car elle contient un noyau, des chloroplastes et une vacuole. C : cellule procaryote, bactérie car il n'y a pas de noyau. /0,20 *15 (/3) Question n 3 : Reporter les numéros de légende et compléter. - cellule A : 1. noyau. 2. mitochondrie. 3. cytoplasme. 4 membrane plasmique. - cellule B : 5. noyau. 6 vacuole. 7 mitochondrie. 8. chloroplaste 9. membrane plasmique / paroi - cellule C : 10 membrane plasmique. 11 nucléoïde, information génétique. 12. cytoplasme (ou paroi ou membrane plasmique : trait difficile à voir). - cellule D : 13 membrane plasmique. 14 : cytoplasme. 15 : noyau. Question n 4 : Donner la taille réelle approximative de la cellule B et C (en µm) /1 - cellule B : 200µm - cellule C : 1µm B. Analyse cellulaire (5) titre /1 axe /1 courbe /1 2,5 Evolution du nombre de cellules en fonction du temps Nombre de cellules de poireau vivantes (10^8 /ml) 2 1,5 1 0,5 0 0 50 100 150 200 250 300 350 400 temps (mn) Question n 6 : Décrivez ce que montre cette courbe (observation) (1 à 2 lignes) /1 Durant les 200 premières minutes, les cellules se multiplient puis elles se stabilisent. Question n 7 : A votre avis, quelle structure cellulaire pourrait arrêter la multiplication des cellules de poireau? (1 ligne) /1 La paroi se régénère au bout de trois heures (donnée du texte). On pourrait donc supposer que ce soit cette structure cellulaire qui empêche une multiplication plus importante. NOTE FINALE ( /20)