Thme n1 TP n1 : La cellule musculaire et lATP

L'ATP (adnosine-triphosphate) est une molcule riche en nergie qui libre son nergie en

se convertissant en ADP (adnosine-diphosphate).

Structure de lATP :

L'ATP est une molcule constitue d'adnine

lie un ribose qui, lui, est attach une chane

de trois groupements phosphate.

Comment lATP produit de lnergie :

Le mcanisme consiste au transfert d'un

groupement phosphate sur une autre molcule

et l'ATP devient alors l'adnosine-diphopshate (ADP).

Fabrication de lATP :

Mais une cellule possde trs peu d'ATP. Et comme

elle en consomme en permamence, elle doit

constamment en fabriquer (synthtiser) et c'est

notamment la respiration cellulaire qui fournit

l'nergie ncessaire pour la fabrication de l'ATP

en permettant une phosphorylation (addition

d'un phosphate l'ADP).

Rvision Spcialit S.V.T

Un muscle stri est constitu de cellules musculaires

comportant un important matriel contractile.

Celui-ci se compose de nombreuses myofibrilles,

structures tubulaires allonges d'un diamtre de 1

2 m, constitues de myofilaments (filaments fins

constitus d'actine associs de la tropomyosine et

de la troponine, et filaments pais constitus de myosine).

Ces myofilaments sont disposs selon une organisation

gomtrique en trois dimensions extrmement rigoureuse.

La base de l'organisation des myofibrilles est le sarcomre.

Vus en coupe longitudinale (Figure 1A) des filaments fins

sont attachs de part et d'autre d'un matriel protique

(le disque Z) comprenant en particulier de l'-actinine,

probable protine d'ancrage des filaments d'actine.

Ils sont tous aligns paralllement, faisant face, sans les

toucher, d'autres filaments fins eux-mmes attachs

un autre disque Z. Entre deux disques Z, et dans les espaces

laisss entre les filaments fins, on trouve les filaments pais

constitus par de nombreuses molcules de myosine

attaches.

L'espace entre deux disques Z est appel sarcomre.

Vue en coupe transversale (Figure 1B), l'organisation se rvle

extrmement rgulire avec une disposition pentagonale.

De nombreux sarcomres sont aligns les uns la suite des

autres pour former une myofibrille.

La contraction musculaire correspond un raccourcissement des sarcomres d au

glissement relatif des filaments d'actine et de myosine : les deux disques Z dlimitant un

sarcomre se rapprochent l'un de l'autre. Ce phnomne se produisant simultanment pour

tous les sarcomres de la cellule, il en rsulte un raccourcissement global de la cellule

musculaire selon l'axe longitudinal.

Cellules musculaires stries

Thme n1 TP n2 : La respiration cellulaire

Nous constatons quavant linjection de glucose, la concentration en O2 dans le milieu varie

trs peu (une lgre baisse due des ractions doxydations imprvisibles dans le milieu) .

Rapidement aprs linjection de glucose, la quantit dO2 dans le milieu diminue. Nous

pouvons donc en dduire que les levures ont consomm du dioxygne, et que cette

consommation de O2 ne peut se faire quen prsence de glucose. 3)- Le mme type

dexprience peut tre ralis en utilisant une sonde CO2 en plus de la sonde O2 : le rsultat

obtenu est reprsent par le graphique ci-contre.

Les mesures donnes par la sonde CO2 indiquent

que paralllement la diminution de O2 dans le

milieu, il se produit une augmentation de la quantit

de CO2. On en dduit que les levures rejettent du CO2

et que ce rejet de CO2 est li la consommation de

O2 et de glucose. 4)- En dduire lquation bilan

des transformations chimiques intervenant au cours

de la respiration cellulaire. En admettant quau cours

de la respiration il y a plus deau produite que deau

consomme, lquation bilan est la suivante :

C6H12O6 + 6O2 + 6H2O -> 6CO2 + 12H2O

Le rle des mitochondries

La courbe obtenue avec des mitochondries seules ressemble beaucoup celle obtenue en TP avec des cellules

entires. Cependant, il faut constater quici linjection de glucose nentrane pas de diminution brutale du taux de

O2. Donc il ny a pas de respiration et donc les mitochondries sont incapables dutiliser le glucose. Par contre,

linjection de pyruvate ou acide pyruvique au temps t2 entrane la chute du taux de O2 qui signifie que la respiration

se droule. Les mitochondrie sont donc incapables dutiliser le glucose directement mais peuvent utiliser le pyruvate.

On peut donc en dduire que lorsque les cellules sont entires, le glucose subit une transformation en pyruvate, qui

lui sera utilis par les mitochondries.

De plus, cette transformation a lieu forcement en dehors de la mitochondrie, donc dans le hyaloplasme (en fait,

lenveloppe des mitochondries est impermable au glucose mais pas au pyruvate).

Donc la transformation du glucose en CO2 nest pas directe puisquil y a au moins une tape

intermdiaire, (appele glycolyse). Comme nous allons le voir dans la troisime partie du TP,

la transformation du pyruvate en CO2 comporte elle-mme 2 tapes.

Thme n1 TP n3 : Localisation cellulaire de la respiration

Toutes les cellules ont besoin dnergie pour effectuer des biosynthses, pour alimenter des transports ou encore pour raliser des mouvements cellulaires. Elles utilisent lnergie chimique de molcules quelles prlvent dans lenvironnement ou quelles produisent par photosynthse.

En milieu arobie, les levures respirent "normalement" c'est dire qu'elles dgradent la

matire organique (exemple: le glucose) et utilisent de l'O2 pour aboutir du CO2, de l'eau et

de l'nergie utilisable pour la cellule (en particulier de l'ATP). Ceci se droule pour une

premire phase (la glycolyse) dans le cytoplasme, et ensuite (la respiration en elle-mme)

dans les mitochondries.

En milieu anarobie, des observations au microscope montrent que les mitochondries ne sont

plus fonctionnelles, en particulier leurs crtes ont en partie disparu. En effet cause de

l'absence d'O2 la respiration ne peut plus se faire .

Sans O2 on a donc glycolyse + fermentation (c'est par exemple ce qui se passe pour la

fermentation alcoolique, ou lactique).

La respiration cellulaire est une dgradation complte du glucose en prsence d'oxygne,

permettant une libration totale de son nergie.

Au cours de la deuxime tape, le glucose, servant cette fois d'aliment, est "brl" en

prsence d'oxygne dans les cellules danimaux et des plantes.

La respiration libre ainsi l'nergie mise en rserve

dans le glucose (lors de la photosynthse). La plus

grande partie de cette nergie est transfre dans

une molcule nergtique utilisable par toutes les

cellules : l'ATP.

Et les dchets de la respiration sont le dioxyde de

carbone et l'eau, qui sont justement les matires

premires de la photosynthse dans les chloroplastes

(= circuit ferm).

Thme n1 TP n4 : Respiration et fermentation chez la levure

Les tapes de la respiration

La glycolyse

La glycolyse signifie "dgradation du glucose".

La glycolyse transforme le glucose en 2 acides

pyruviques et permet la fabrication de 2 ATP.

Pour rappel, la glycolyse a lieu l'extrieur de

la mitochondrie, dans le cytosol (matrice du

cytoplasme).

Le cycle de Krebs

Le cycle de Krebs comprend 8 tapes qui

terminent le travail de la glycolyse en dgradant

un driv de l'acide pyruvique (l'actyl-CoA) en

dioxyde de carbone (CO2) et en produisant de l'ATP.

Le cycle de Krebs a lieu dans la mitochondrie.

La phosphorylation oxydative

La phosphorylation oxydative produit prs de

90% de l'ATP engendre par la respiration.

Il s'agit donc de la production d'ATP par l'ajout

d'un groupement phosphate l'ADP grce

l'nergie libre lors du transport d'lectrons le

long d'une chane de molcules (ractions

d'oxydo-rduction).

La fermentation

Beaucoup de cellules se passent d'oxygne (O2) pour "brler" leur compos organique. Donc

au lieu de produire de l'ATP au moyen de la respiration, elles utilisent la fermentation.

La fermentation est donc galement une dgradation du glucose mais incomplte

permettant une libration partielle de son nergie sous forme d'ATP. La fermentation libre

galement du CO2.

Contrairement la respiration, la fermentation se fait sans oxygne et sans phosphorylation

oxydative.

Il existe deux types de fermentation :

- la fermentation alcoolique : convertit le pyruvate en thanol

- la fermentation lactique : convertit le pyruvate en lactate. Cette fermentation se produit

dans les muscles la suite dun exercice exigeant.

La fermentation correspond un

processus que lon peut qualifier dincomplet car elle libre des dchets contenant encore de

lnergie utilisable comme lalcool. La respiration est un processus plus

complexe ncessitant en outre de

loxygne. Au cours de la respiration, les molcules organiques sont oxydes

totalement (un peu comme si elles

taient brles) et leur nergie est

rcupre par les cellules. Les dchets

forms sont du dioxyde de carbone et

de leau, molcules dont lnergie potentielle nest pas utilisable par les tres vivants.

On observe que la quantit d'oxygne

baisse faiblement (de 7 5 mg /l)

jusqu'au temps t =5 minutes temps

auquel on injecte du glucose.

Quand on injecte du glucose, la quantit

d'oxygne baisse brutalement pour descendre

0 g/l au temps = 6 minutes.

La quantit de CO2 nulle jusquau temps t= 5 minutes. Entre 5 et 6 minutes, la quantit

de dioxygne augment lgrement, puis a

partir de 6 minute le taux de CO2 augmente

brutalement pour atteindre son maximum;

160 mg /l t =10minutes.

La quantit d'thanol est faible

(environ 0.05 g/L) avec

une lgre hausse jusqu'au temps = 6 minutes. Puis a partir de

6 minutes la concentration

d'thanol grimpe rgulirement

en fonction du temps pour

atteindre 0.6 g/L au temps = 16

minutes.

- Avant 6 minutes : cest la respiration. - Aprs 6 minutes : il n'y a plus d'oxygne et

on voit de l'thanol : cest la fermentation.

Interprtation

De 0 5 minutes, les levures consomment lgrement de l'oxygne malgr l'absence de

glucose dans le milieu, on peut emmtre l'hypothse qu'elles puisent dans leur rserve a

l'aide l'O2 pour assurer leur mtabolisme;

Au moment o on donne du glucose, la quantit de dioxygne chute dans le milieu alors

que la quantit de CO2 augmente. On peut en dduire que les levures consomment le

glucose l'aide du dioxygne et rejettent du CO2. Ce type de mtabolisme est appel

respiration. (Combustion complte)

A partir de 6 minutes, la quantit d'O2 est nulle c'est alors qu'apparait de l'thanol, cela

signifie que les levures consomment le glucose toujours prsent en absence d'oxygne et

rejettent de l'alcool. Ce type de mtabolisme correspond une fermentation (combustion

incomplte).

Respiration C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O

Fermentation C6H12O6 -> 2CO2 + 2C2H5O5

Thme n1 TP n5 : Echanges gazeux et production de matire organique chez les vgtaux

Les vgtaux chlorophylliens ont besoin de lumire, deau, de CO2 et de sel minraux pour se dvelopper.

1- 2- Des cultures

diffrencies de granium Tmoin Feuille avec un cache

Rsultats observables La totalit de la feuille est

colore en brun fonc

Seule la partie de la feuille

place sous le cache nest

pas colore

Interprtations Lamidon est stock dans

lensemble de la feuille Lamidon est absent

lemplacement du cache

Rappel : lamidon est un sucre.

La matire organique est

constitue de 3 types de

molcules : les sucres, les graisses

et les protines.

Leau iode rvle la prsence

damidon dans la feuille de

granium. On remarque quen

absence de lumire et de CO2

cette molcule nest pas

produite par la feuille. On en

dduit que les plantes produisent

des sucres/molcules organiques

partir du CO2 et de la lumire.

Temps en minutes 0 5 minutes 5 15 minutes 15 20

minutes

Nom du gaz produit CO2 O2 CO2

Nom du gaz absorb O2 CO2 O2

Conditions : avec ou sans

lumire

lumire obscurit lumire

On vient de voir que les plantes consomment du CO2 pour produire des sucres.

On en dduit que la production de matire organique se fait lobscurit et que cette

raction rejette de lO2. Cette raction sappelle la photosynthse.

Un 2 mcanisme se ralise chez les plantes la lumire et lobscurit : la respiration. La

photosynthse est faible le jour.

La partie verte de la feuille est la zone de synthse des molcules organiques.

La couleur verte est due la prsence de chlorophylle. On en dduit que la chlorophylle

participe la synthse de molcule organique. En fait, la chlorophylle capte la lumire et

transforme lnergie de la lumire en nergie utilisable par la feuille. Cette nergie permet la

production de matire organique partir de CO2.

Thme n1 TP n6 : Etude de la photosynthse

L'autotrophie est la capacit produire de la matire

organique partir de la rduction de matire inorganique

et dune source dnergie externe : la lumire. Cette capacit caractrise notamment les vgtaux

chlorophylliens, les cyanobactries et certaines bactries.

La notion dautotrophie soppose celle d'htrotrophie.

L'htrotrophie est la capacit produire de la matire

organique uniquement partir de sources de carbone

organique issu de la biosynthse animale ou vgtale.

Cette capacit caractrise les myctes (champignons)

et les animaux.

La notion dhtrotrophie soppose celle d'autotrophie.

La photosynthse est une raction biochimique nergtique

qui se droule chez les plantes.

Rle de la photosynthse

La photosynthse a pour but de crer de l'nergie (sous forme de glucide) partir de

l'nergie lumineuse provenant du soleil. Les organismes qui utilisent le mcanisme de

photosynthse sont autotrophes car ils fabriquent des matires organiques partir de

matires inorganiques.

Mcanisme de la photosynthse

L'nergie solaire est utilise pour oxyder l'eau et rduire le gaz carbonique afin de synthtiser

des substances organiques (glucides). Ce phnomne a lieu dans les chloroplastes, un

organite spcifique des plantes, au niveau des membranes des thylacodes o se situent les

photosystmes I et II et les cytochromes.

Bilan nergtique de la photosynthse

Il faut six molcules de dioxyde de carbone et six molcules d'eau pour synthtiser une

molcule de glucose, relchant six molcules de dioxygne, grce l'nergie lumineuse.

6 CO2 + 6 H2O + nergie lumineuse C6H12O6 (glucose) + 6 O2

Mais ce bilan est en fait dcompos en deux tapes successives :

les ractions photochimiques (phase claire) : 12 H2O + lumire 6 O2 + nergie chimique (24 H) ;

le cycle de Calvin (phase sombre) : 6 CO2 + nergie chimique (24 H) C6H12O6 + 6 H2O.

La cellule vgtale

Plusieurs facteurs ont une influence sur la

photosynthse, dont :

La temprature : la photosynthse

est optimale entre 20 et 35 C. Elle

s'arrte sous 0 C en raison du ralentissement

physiologique de la plante qui entrane,

entre autres, la chute des feuilles et une

rduction de l'absorption de l'eau.

La concentration en gaz carbonique (CO2) dans l'air : une atmosphre riche en CO2 favorise

la photosynthse.

L'intensit lumineuse : plus il y a de lumire, plus la chlorophylle en profite. Sous un couvert

nuageux, la photosynthse sera moins leve qu'en plein soleil.

La surface foliaire expose la lumire : chez les feuillus, les feuilles du bas sont souvent plus

grandes et plus minces que les feuilles du haut pour compenser le manque de lumire. Chez

les conifres, les feuilles sont trs petites pour mieux rsister au gel, mais elles sont par contre

trs nombreuses.

La disponibilit en eau dans le sol: La plante doit transpirer pour absorber le gaz carbonique.

Si l'eau se fait rare, la plante rduit sa transpiration et ralentit sa photosynthse.

Rle des chloroplastes :

Le chloroplaste est un organite spcifique des

cellules vgtales, probablement issu dun vnement dendosymbiose dune cyanobactrie par une cellule eucaryote

primitive. Le chloroplaste est en effet spar du

cytoplasme par une double membrane,

deux membranes spares par un espace

intermembranaire.

lintrieur, le chloroplaste est constitu dun empilement de thylacodes, qui baignent dans le

stroma (le liquide intrachloroplastique).

Fonction du chloroplaste

Le chloroplaste est le lieu de la photosynthse.

Elle se droule plus particulirement au niveau

des photosystmes ancrs dans les membranes

des thylacodes. La chlorophylle qui donne une

couleur verte aux vgtaux fait partie des

photosystmes et a pour rle de capter la

lumire du soleil pour la convertir en nergie au

cours de la photosynthse.

Thme n1 TP n7 : Pigments chlorophylliens et photosynthse

Les vgtaux possdent trois types de pigments photosynthtiques, les chlorophylles et les

carotnodes prsents chez tous les vgtaux autotrophes au carbone, et les phycobilines

prsents exclusivement chez les algues et les cyanobactries. Les chlorophylles et les

carotnodes sont solubles dans des solvants organiques et peuvent donc tre spars

l'aide de solvants ou de mlanges de solvants des lipides. Ces molcules sont dites

liposolubles.

Extraction des pigments bruts :

la feuille est broye dans de l'alcool

absolu ou de l'actone. Les pigments

solubles dans les solvants organiques

sont extraits. Aprs filtration pour liminer

les dbris cellulaires, on obtient une solution

brute de pigments.

Il est alors possible de sparer les diffrents pigments de la solution brute. Une mthode

simple, essentiellement qualitative, peut tre ralise par une chromatographie sur papier.

Chromatographie sur papier :

on dpose une goutte de pigments bruts

sur une feuille de papier. On place la feuille

de papier dans un rcipient hermtique dans

lequel on a plac un solvant appropri. Le

solvant monte dans la feuille par capillarit

en entranant les pigments de manire diffrentielle

selon leur affinit avec le solvant. On peut

distinguer ainsi deux catgories principales

de pigments : les chlorophylles (vertes) et les

carotnodes (jaunes).

Remarque : les pigments extraits ainsi sont purs. Dans la feuille, ils taient associs des

protines dans les thylacodes des chloroplastes.

Les chlorophylles et les carotnodes absorbent certaines radiations dites actives pour la

photosynthse, dans la gamme de longueurs d'onde visibles comprises entre 500 et 700 nm.

A partir d'une solution de pigments, on peut donc mesurer les caractristiques d'absorption

de la lumire en ralisant un spectre d'absorption l'aide d'un spectrophotomtre UV visible

classique, qui permet de mesurer l'absorption (A) en fonction de la longueur d'onde.

Spectre d'absorption des pigments

bruts extraits partir d'une feuille.

L'absorption maximale se ralise dans le

bleu (< 500nm) et dans le rouge

(650-700 nm).

On ne peut dans ce spectre reconnatre la

part qui revient chaque pigment. Pour

cela, il faut travailler sur des solutions de

pigments spars et purifis.