Sciences de la Vie et de la

TerreCours de terminale S

Programme de spécialité

Thème 1 - Diversité et complémentarité des métabolismes

Thème 2 - Des débuts de la génétique aux enjeux actuels des biotechnologies

Thème 3 - Du passé géologique à l’évolution future de la planète

Chapitre I : Du carbone minéral aux composants du vivant : la photo-autotrophie pour le C

Introduction : révisions de seconde

cellule autotrophe(végétaux chlorophylliens)

CO2

O2

CO2

Eau + sels minéraux

lumièreNRJ

Matière organique

NRJ

O2

chloroplastes

mitochondries

cellule hétérotrophe(animaux et champignons)

O2

Eau + sels minéraux

CO2

Matière organique

NRJ

Matière organique

(glucose par exemple)

NRJ

Mitochondrie

Photo-autotrophie Carbone organique

Carbone minéral

hétérotrophieCarbone

organiqueCarbone

organique

I ) Le cycle du carbone dans les écosystèmes

A ) définition d’un écosystème

biotope

biocénoseécosystème

B ) Le fonctionnement d’un écosystème

A B Signifie A est mangé par B

Exercice : dans l’écosystème « forêt », proposez un réseau trophique possible en complétant le document ci-dessous.

TravailTravail: activité livre p.176

C ) La régulation du cycle du Carbone dans les écosystèmes

Carbone a l’état oxydéCO2 dans l’air ou

HCO3- dissout dans l’eau

Carbone a l’état réduitDans la matière organique

(C6H1206 par exemple)

photosynthèseRespiration et fermentation

A ) Les producteurs primaires incorporent le CO2 au niveau des feuilles

II ) L’incorporation du CO2 par les producteurs primaires : autotrophie du végétal

Problème  : Quelles sont les structures permettant l’absorption du CO2 ?

Épiderme inférieur

Épiderme supérieur

Parenchyme palissadique

Parenchyme lacuneux

Coupe transversale de feuille chlorophyllienne

TP n°1

Stomate observé au microscope à lumière (photonique) X1000

Mise en évidence de l’incorporation du CO2 au niveau des feuilles :

Structure de la feuille :

voir TP n ° 1

Parenchyme palissadique

H2O + sels minéraux

Energie lumineuse (photons)

Matière organique

CO2

Rapport structure/fonction de la feuille chlorophyllienne

Problème  2 : A quoi sert le CO2 dans la cellule chlorophyllienne ?

B ) Les producteurs primaires utilisent le CO2 pour fabriquer la matière organique

voir TP n ° 1 +livre p.178

C ) Du Carbone minéral aux composants du vivant :

1 ) Le chloroplaste , organite cytoplasmique spécialisé

chloroplastes au microscope optique

chloroplaste au microscope électronique

Structure schématique d’un chloroplaste

2 ) L’énergie lumineuse est captée par les pigments chlorophylliens des membranes des thylakoïdes

TP n ° 2 : chromatographie de la chlorophylle brute

corrigé du TP : page 196

Problème 3 : Comment du CO2 + de H2O + photons peuvent permettre la synthèse de molécules organiques ?

Comment cette conversion est-elle possible ?

Exercice maison : n°3 page 213

3 ) L’énergie lumineuse est convertie en énergie chimique dans les chloroplastes

la photosynthèse peut donc être globalement considérée comme une réaction complexe d’oxydoréduction

Quelle est la réaction d’oxydation ?

Doc 2 page 201 

Deux phases se succèdent et se complètent dans la photosynthèse :la phase photochimique ( oxydation de l’eau )la phase non photochimique ( réduction du CO2 par la synthèse de glucides )

a . La phase photochimique de la PS

TP n ° 3 : l’expérience de Hill

Schéma bilan de la phase photochimique :

R RH2

e-

ADP + Pi ATP

Stroma du chloroplaste

Chla

Membrane du thylakoïde

Chaîne de transfert des e-

énergie

H20 1/2O2 + 2e- +2H+

Photons = énergie lumineuse

2e-

-Les photons viennent frapper les pigments chlorophylliens qui réagissent en éjectant des électrons-Ces électrons sont captés par des molécules accepteurs d’électrons situées dans la membrane des thylakoïdes et qui forment une chaîne de transfert d’électrons-La chlorophylle qui a perdu des électrons est donc dans un état instable et va chercher à « récupérer » ses électrons-Elle les prend aux molécules d’eau qui les cèdent facilement en se dissociant en électrons, protons et dioxygène (on parle d’oxydation de l’eau ou de photo-lyse de l’eau)-Le dioxygène ainsi formé sort des cellules et correspond au dioxygène dégagé au cours de la photosynthèse. Ce dioxygène se forme donc à partir des molécules d’eau-Les protons formés se combinent avec les électrons qui sortent de la chaîne de transfert-Protons et électrons permettent la réduction d’un composé R en RH2. Ce composé R peut donc être considéré comme un accepteur final d’électrons (équivalent « in-vivo » du réactif de Hill).-La chaîne de transfert des électrons est une suite de réactions d’oxydo-réductions qui libèrent de l’énergie : réactions exoénergétiques ou exergoniques.-L’énergie ainsi libérée est récupérée par une réaction endoénergétique ou endergonique : de l’ADP (adénosine diphosphate) est transformé en ATP( adénosine triphosphate).

ADP + Pi ATP

énergie

L’ATP est la molécule énergétique directement utilisable par toutes les cellules

Bilan de la phase photochimique :

Utilisation des molécules d’eau

Dégagement de dioxygène

Formation de composés organiques intermédiaires : ATP(énergie utilisable) RH2 (composé réduit)

Problème posé : pour expliquer la réaction globale de la photosynthèse, il reste à comprendre comment le CO2 est réduit en molécule organique (C6H12O6).

6 CO2 + 12 H2O + photons ------- C6H12O6 + 6O2 + 6H2O ? ? ?

b. La phase non photochimique de la PS

Comment est utilisé le CO2 dans la phase non photochimique ?Comment sont utilisés ATP et RH2, molécules produites lors de la phase précédente ?

Travail sur l’activité 5 p.202

Document 1 : expérience de Calvin & Benson

Document 2 : influence de la lumière

Document 4 : le cycle de Calvin / Benson

Document 3 : notion de couplage entre phase photochimique et phase non photochimique

Le cycle de Calvin & Benson : un bilan de la phase non photochimique

RuBP

APG

CO2

C3

C3

C5

Cycle de Calvin/Benson

Triose phosphate

Triose phosphate

Triose phosphate

ADP

ATP

ADP

ATP

R

RH2

Hexose phosphate =

glucoseC6H12O6

C3

C6

X3

2 tours de cycle

X3 X6

X6

X5

X1

X1C3

Phase photochimiqueDans les tylakoïdes

Lumière

H2OADP ATP R RH2

Cycle de

Calvin

CO2

glucosePhase non

photochimique dans le stroma

couplage

H2O

02

D . Le devenir des composés glucidiques formés par la réduction du CO2

Dans le chloroplaste

Dans les cellules de la feuille

A l’extérieur de la feuille 

Organes de réserves : voir TP n°4

feuille

Sève élaborée : eau + matière organique

Sève brute : eau + sels minéraux provenant des racines

CO2

lumière

eau + sels minéraux + CO2

Matière organique

tige

Schéma bilan du fonctionnement d’un végétal chlorophyllien

Chapitre II : L’ATP, molécule indispensable à la vie cellulaire

Introduction

I ) Des activités cellulaires consommatrices d’ATP

A ) La synthèse de molécules

glucoses

glycogène

ATP

ADP

Exemple : synthèse du glycogène

B ) Les mouvements cellulaires

C ) Les mouvements intracellulaires

Mouvements de cyclose

II ) Le couple ATP/ADP et les échanges d’énergie cellulaire.

adénosine

P P P

+ H2O + Piadénosine

P PLiaison riche en NRJ

Réactif A

Produit B

Réaction exergonique

Réaction endergonique

III ) Etude détaillée d’un exemple :ATP et contraction musculaire

A ) Structure d’une fibre musculaire striée

Fibres musculaires au microscope optique (coloration au bleu de méthylène)

Fibre musculaire

Fibres musculaires au microscope électronique

Un muscle est formé de cellules qui ont fusionnées (présence de plusieurs noyaux) et qui forment les fibres musculaires . Chaque fibre musculaire est elle-même formée de sous unités appelées myofibrilles. Les myofibrilles sont constituées par la superposition d’éléments appelés sarcomères. Le sarcomère est l’unité de fonctionnement du muscle.

Sarcomère(donne l’aspect strié

au muscle)

myofibrille

B ) mécanisme de la contraction musculaire : le rôle de l’ATP

Le sarcomère est formé par deux types de filaments :filaments fins d’actine

filaments épais de myosineLes filaments d’actine sont reliés au niveau des stries Z qui délimitent chaque

sarcomère

Dans chaque sarcomère, les filaments d’actine et de myosine sont intercalés et glissent les uns par rapport aux autres lors de la contraction musculaire, entrainant un rapprochement des stries Z, donc un raccoucissement des sarcomères. La contraction simultannée de tous les sarcomères d’un muscle entraîne le racourcissement de celui-ci. Donc sa contraction.

Comment s’effectue le glissement des filaments les uns par rapport aux autres ?

Voir l’animation à l’adresse internet suivante :http://www.snv.jussieu.fr/vie/dossiers/contractionmuscle/contractmuscle.htm

L’ATP se fixe sur les têtes de myosine et les décroche des filaments d’actine L’ATP est hydrolysé en ADP ce qui fait pivoter les têtes de myosine qui se refixent sur les filaments d’actine. L’ADP se détache des têtes de myosine qui pivotent alors en sens inverse et font alors coulisser les filaments d’actine, ce qui entraîne le raccourcissement du sarcomère et donc la contraction du muscle.

Ainsi, la contraction musculaire ne peut se faire que si il y a intervention du couple ATP/ADP et donc utilisation d’énergieDans le muscle, l’énergie chimique contenue dans l’ATP est convertie en énergie mécanique à l’origine de la contraction musculaire

Conclusion

L’ATP est bien la seule source d’énergie directement utilisable pour permettre les activités cellulaires. Mais les stocks d'ATP des cellules ne dépassent pas quelques secondes de consommation. Donc les cellules doivent produire de l’ATP en permanence : quels sont les mécanismes cellulaires qui produisent de l’énergie sous forme d’ATP sachant que toutes les cellules ne sont pas

chlorophylliennes ?

Chapitre III : utilisation des composés organiques pour la production d’ATP

Introduction

Problème : quels sont les mécanismes cellulaires et moléculaires de la respiration et de la fermentation alcoolique ?

I ) La respiration : une oxydation complète de la matière organique

A. Etude expérimentale de la respiration cellulaire

Voir TP n°6 + lire activités 1,2 et 3 pages 232 à 237

B- Les 3 étapes de la respiration cellulaire

Etape 1 : la glycolyse au sein du cytoplasme Etape 2 : la dégradation du pyruvate dans la matrice

mitochondriale

Etape 3 : la production importante d’ATP au niveau des crêtes mitochondriales

Fiche correction du TP N° 6 (à récupérer sur site internet)

1ère étape 2ème étape

3ème étape

BESOINS

« DECHETS »

02glucose

ADPATP

ADPATP

ADPATP

glucose

R’H2

R’H2

02

H20

H20

C02

pyruvate CO2

hyaloplasmemitochondrie

Schéma de fonctionnement de «  l’usine énergétique mitochondriale »