Année 2015-2016 TP-TD de Sciences de la Vie et de la Terre – Classe de seconde Enseignement commun

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TP n° 5

LE METABOLISME CELLULAIRE Durée : 1h

SVT biologie

THEME 1 : LA TERRE DANS L’UNIVERS, LA VIE ET L’EVOLUTION DU VIVANT

Nom : Prénom : Date : Introduction : Le métabolisme est l’ensemble des réactions chimiques qui ont lieu dans la cellule, et qui lui permettent de fabriquer des

molécules et de produire de l’énergie afin de se multiplier et d’assurer ses fonctions. On distingue le métabolisme hétéro-trophe (du grec « heteros » = autre et « trophê » = nourriture) et le métabolisme autotrophe (du grec « auto » = seul).

Problématique : Quelles sont les réactions qui se déroulent dans la cellule ? Quels facteurs influencent le métabolisme cellulaire ?

Objectifs métho-dologiques :

Mettre en œuvre un protocole d’EXAO ; Utiliser la démarche scientifique ; Analyser des données expérimentales.

Données :

Les organismes possédant un métabolisme autotrophe peuvent fabriquer leur propre matière organique en ne prélevant dans leur

milieu de vie que des substances minérales : eau, ions et dioxyde de carbone. Ce métabolisme, spécifique aux végétaux chlorophyl-

liens, se caractérise par les réactions de la photosynthèse à l’intérieur des chloroplastes.

nCO2 + nH2O + énergie (lumière et chlorophylle) → CnH2nOn (molécules organiques) + nO2

Les organismes possédant un métabolisme hétérotrophe doivent prélever dans leur milieu de vie, non seulement de l’eau et des ions

minéraux mais également des molécules organiques préexistantes pour fabriquer leurs propres molécules organiques. Ce métabo-

lisme se caractérise par les réactions de la respiration à l’intérieur des mitochondries.

C6H12O6 (glucose) + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + énergie utilisable (fabrication de nouveaux constituants, multiplication)

I. ETUDE EXPERIMENTALE DU METABOLISME D’UNE CELLULE CHLOROPHYLLIENNE

Hypothèses : On suppose que :

les réactions chimiques du métabolisme sont influencées par l’environnement de la cellule.

chaque réaction se déroule dans un organite particulier.

Analyser les résultats expérimentaux :

a. Aide pour la lecture :

1) Constater dans quel(s) milieu(x) les euglènes se sont-elles multipliées.

Les euglènes se sont multipliées dans le milieu A (x10) et dans le milieu C (x7)

2) Constater les différences au niveau de l’ultrastructure et de la couleur des cellules dans les milieux A et C.

Milieu A : nombreux chloroplastes contenant de la chlorophylle verte.

Milieu C : nombreuses mitochondries, peu de chloroplastes.

b. Aide pour l’interprétation :

3) À l’aide des données ci-dessous, montrer que les euglènes peuvent développer deux types de métabolismes différents, en fonction des

conditions du milieu.

- Respiration cellulaire lorsqu’il n’y a pas de lumière, mais du glucose à disposition :

C6H12O6 (glucose) + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + énergie utilisable (fabrication de nouveaux constituants, multiplication)

- Photosynthèse (dans le chloroplaste), lorsqu’il y a de la lumière :

nCO2 + nH2O + énergie (lumière et chlorophylle) → CnH2nOn (molécules organiques) + nO2

4) Montrer qu’il existe une relation entre métabolisme et organite.

Les réactions chimiques de la photosynthèse ont lieu dans les chloroplastes, celles de la respiration dans les mitochondries.

Conclusion :

5) 6) Dire quel est le facteur qui contrôle le métabolisme des cellules dans cette activité.

Les hypothèses sont validées : le facteur qui détermine le métabolisme des cellules ici est l’environnement (les conditions du milieu). Ce

métabolisme à lieu dans des organites spécialisés (chloroplastes ou mitochondries).

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II. ETUDE EXPERIMENTALE DU METABOLISME DES LEVURES

Hypothèses : On suppose que :

les réactions chimiques entraînent des échanges gazeux avec le milieu;

ces réactions sont déterminées par le patrimoine génétique de la cellule.

Protocole expérimental :

On dispose de 3 milieux :

Milieu A = eau + sels minéraux + pas de levures.

Milieu B = eau + sels minéraux + levures sauvages.

Milieu C = eau + sels minéraux + levures mutantes « rho- ».

Analyser les résultats expérimentaux :

a. Aide pour la lecture :

7) Constater les différences entre les 3 milieux A, B et C.

Ce graphique représente l’évolution de la concentration en O2 dans le milieu où se trouve les cellules en fonction du temps. On

constate que la concentration en 02 reste stable dans les milieux A et C (donner les valeurs avec l’unité, ici mg/l), alors qu’elle di-

minue dans le milieu B (valeur en mg/l).

b. Aide pour l’interprétation :

8) Sachant que l’expérience A est un « témoin », déterminer son intérêt.

L’expérience A est un témoin. Le témoin est nécessaire pour assurer la validité de toute expérience scientifique, car il permet d’isoler un

facteur (ici la présence de levures) et de démontrer son action sur un phénomène (ici la variation de la concentration en O2).

9) Montrer qu’une cellule peut consommer et rejeter des gaz dans son environnement.

Les cellules de levures ont consommé de l’O2 dans le milieu B, mais pas dans le milieu C.

10) Sachant qu’une cellule à besoin de respirer pour fonctionner (voir la réaction chimique), expliquer ce qui s’est passé pour chacune

des 2 souches de levures.

Les levures sauvages ont réalisé la respiration cellulaire, grâce au glucose, alors que les levures mutantes, qui n’ont pas le même pa-

trimoine génétique, n’ont pas pu consommer ce glucose pour respirer.

C6H12O6 (glucose) + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + énergie utilisable (fabrication de nouveaux constituants, multiplication)

Conclusion :

11) 12) Dire quel est le facteur qui contrôle le métabolisme des cellules dans cette activité.

Les 2 hypothèses de départ sont validées. Le patrimoine génétique des cellules de levures contrôle ici leur métabolisme.

Les deux facteurs qui déterminent le métabolisme des cellules sont donc l’environnement (I) et le patrimoine génétique (II).

II) Le métabolisme cellulaire et son contrôle

A travers la membrane se produisent des échanges de matière, de gaz et d’énergie indispensable au métabolisme de la cellule.

Ce métabolisme est contrôlé par l’information génétique de la cellule, puisque chez des organismes mutants dont les gènes sont modifiés, le métabolisme est différent.

Mais ce métabolisme est aussi sous l’influence de l’environnement.

Conclusion

Conclusion

FIN