Thème 1: La Terre, la Vie et l'organisation du Vivant
CHAPITRE 1 : L'organisme pluricellulaire, un ensemble de cellules spécialisées
Situation de départ :
→ DAILY COCTEAU 1: UNE DISPARITION INQUIETANTE
1) La cellule, unité structurale du vivant
Activité TP 1:Recrutement de spécialistes en biologie des forces du mal par le professeur Mc DAHAN
Problème : En quoi les cellules sont-elles des unités communes aux êtres ?
Recrutement des enquêteurs sorciers pour retrouver Miss Moonwood.
Bilan :
Toute cellule est entourée par une membrane plasmique délimitant un compartiment cellulaire appelé cytoplasme.
Tous les êtres vivants possèdent du matériel génétique. Il existe deux grandes catégories d'êtres vivants :
- Les procaryotes (exemple : bactérie) : il s'agit d'êtres vivants formés de cellules non compartimentées avec le matériel génétique directement dans le cytoplasme.
- Les eucaryotes (exemples, champignons, végétaux, animaux) : ce sont des êtres vivants formés de cellules avec un cytoplasme compartimenté. Il renferme différents organites spécialisés (noyau, mitochondrie, chloroplaste...). Le matériel génétique se trouve dans le noyau.
Tout être vivant est constitué d'une ou plusieurs cellules : la cellule est la plus petite unité nécessaire à la vie.
Activité TP 2:Identification du propriétaire de la baguette magique
Problème : Quelles sont les caractéristiques et fonctionnalités des êtres pluricellulaires et unicellulaires ?
Problème sous-jacent : Comment MC DAHAN a t-elle compris que la baguette trouvée appartient à un être humain ?
Bilan :
Chez les eucaryotes, il y a aussi une unité d'organisation à différentes échelles. Les organismes sont formés d'un ensemble d'organes. Chaque organe a une fonction particulière et est constitué d'un ou plusieurs tissus. Chaque tissu est constitué d'un ensemble de cellules spécialisées. Au sein d'un tissu, on trouve une matrice extracellulaire formée de molécules qui permettent l'adhérence des cellules.
Chez les organismes pluricellulaires, toutes les cellules sont issues par mitose (division cellulaire) d'une cellule unique à l'origine de cet organisme. L'ensemble des cellules d'un organisme possède strictement la même information génétique.
2) L'ADN : support moléculaire de l'information génétique
a) La structure de la molécule d'ADN
Activité TP 3:Identification de l'ADN sur le mégot
Problème : Comment identifier l'ADN sur le mégot de cigarette ?
Partie 1 : Qu'est-ce que l'ADN ?
Bilan :
ADN signifie Acide Désoxyribonucléique
L'ADN est constitué de deux brins enroulés en double hélice/ Chaque brin est constitué d'un succession de nucléotides.
Il existe quatre types de nucléotides différents :
- nucléotide à Adénine, noté A
- nucléotide à Thymine, noté T
- nucléotide à Guanine, noté G
- nucléotide à Cytosine, noté C
Partie 2 : Comment comparer des séquences d'ADN ?
Bilan :
Ces nucléotides sont complémentaires deux à deux sur chaque brin. T ne peut s'associer qu'avec A, et C ne peut s'associer qu'avec G.
Il est possible de comparer des séquences d'ADN en les alignant et vérifiant les couples de nucléotides. Des logiciels permettent d'aligner des séquences de nucléotides et de mettre en évidence les différences entre les brins d'ADN sélectionnés.
b) Le gène : unité d'information de l'ADN
Activité TP 4: Du sang sur les lieux du crime ...
Problème : En quoi les gènes déterminent-ils des caractères bien définis ?
Bilan 1 :
Le gène correspond à une portion d'ADN. L'expression de ce gène permet la fabrication d'une protéine qui interviendra dans la réalisation d'un caractère donné. Le gène est composé d'une succession de nucléotides qui forme une séquence portant un message génétique. Ce message permet la synthèse d'une protéine : la séquence en acides aminés d'une protéine dépend de la séquence en nucléotides de l'ADN du gène.
Bilan 2 :
Tous les individus appartenant à la même espèce ont le même caryotype donc le même nombre de chromosomes. Ils ont donc tous les mêmes gènes.
L'universalité de la structure, du rôle, et du langage utilisé sont des indices de la parenté des êtres vivants.
Activité TP 5: Inspection du ministère de la magie
Problème : Qu'est-ce qu'une cellule spécialisée ?
Bilan :
Dans un organisme pluricellulaire, toutes les cellules spécialisées possèdent les mêmes gènes. Toutefois, ces cellules ont des formes et des fonctions différentes. Ces particularités sont dues au fait que les cellules spécialisées n'expriment qu'une partie de leurs gènes.
CHAPITRE 2 : Le métabolisme des cellules
Situation de départ :
→ DAILY COCTEAU 2: BALADE DANS LA FORET INTERDITE
Introduction :
La cellule échange avec le milieu environnant de la matière (c'est-à-dire des molécules) et de l'énergie. De nombreuses manifestations de la vie cellulaire sont consommatrices d'énergie (synthèse de molécules, division cellulaire, déplacement des organites, échanges à travers la membrane...)
L'ensemble de toutes les réactions biochimiques se déroulant dans une cellule correspond au METABOLISME.
1) Les métabolismes hétérotrophes et autotrophes
Problème : Que signifient métabolismes hétérotrophes et autotrophes ?
Activité TP 1: Prélèvements suspects dans la forêt interdite (partie 1)
Pour assurer les besoins fonctionnels d’une cellule, de nombreuses transformations biochimiques s’y déroulent : elles constituent son métabolisme. Une voie métabolique est une succession de réactions biochimiques transformant une molécule en une autre. Le métabolisme dépend de l’équipement spécialisé de chaque cellule (organites, macromolécules dont les enzymes).
Bilan HETEROTROPHIE :
Les cellules qui ont un métabolisme hétérotrophe se procurent l'énergie nécessaire à leur fonctionnement en dégradant la matière organique qu'elles prélèvent dans le milieu extracellulaire (milieu de vie). La dégradation de cette matière organique se réalise selon différents mécanismes :
- La respiration cellulaire qui a lieu dans les mitochondries. La dégradation de la matière organique y est totale, cela permet de convertir l'énergie chimique contenue dans la matière organique en énergie chimique utilisable par la cellule pour son fonctionnement. Ce mécanisme nécessite la présence de dioxygène (milieu aérobie).
C6H12O6 + 6 O2 -> 6CO2 + 6H2O
- La fermentation qui se déroule dans le cytoplasme de la cellule. La dégradation de la matière n’est pas totale (il y a production de matière organique). Il y a aussi formation de molécules possédant un potentiel énergétique utilisable par la cellule pour son fonctionnement. La fermentation se réalise en absence de dioxygène (condition anaérobie).
Les organismes hétérotrophes utilisent donc de la matière organique, prélevée dans le milieu extracellulaire pour faire fonctionner leurs cellules. Les animaux, et les champignons sont des êtres hétérotrophes.
Bilan AUTOTROPHIE :
Les végétaux chlorophylliens ne peuvent pas consommer directement de la matière organique. Pour vivre, ils doivent consommer de l’eau, du dioxyde de carbone, et des sels minéraux :ils consomment uniquement des molécules minérales.
En présence de lumière et de la matière minérale consommée, les végétaux chlorophylliens réalisent la photosynthèse. Ce mécanisme, qui e réalise dans les chloroplastes, permet de transformer la matière minérale en matière organique ;
6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6O2
Le glucose formé peut être stocké sous forme d’amidon au niveau des chloroplastes de cellules chlorophylliennes.
L’énergie lumineuse captée par les végétaux chlorophylliens (par le biais de la chlorophylle) est convertie en énergie chimique (énergie stockée dans les molécules organiques).
- Les végétaux chlorophylliens sont qualifiés d’organismes autotrophes car ils fabriquent leur propre matière organique à partir de matière minérale et d’énergie lumineuse. Ces organismes utiliseront ensuite la matière organique fabriquée pour faire fonctionner leurs cellules, comme les cellules avec un métabolisme hétérotrophe.
6CO2 + 6H2O -> C6H12O6 + 6O2
- Remarque : Dans un végétal chlorophylliens, on peut retrouver des cellules avec un métabolisme autotrophe (cellules chlorophylliennes au niveau des feuilles) et des cellules avec un métabolisme hétérotrophe (cellules non chlorophylliennes dans les racines par exemple).
Problème : Les échantillons sont-ils autotrophes ou hétérotrophes ?
(Mise en évidence de cellules hétérotrophes et autotrophes)
Activité TP 2: Prélèvements suspects dans la forêt interdite (partie 2)
Bilan TP :
Etude des algues unicellulaires (autotrophe) :
Les algues réalisent un métabolisme photosynthétique. Ce métabolisme produit des molécules organiques à partir de molécules minérales en présence de lumière.
6 CO2 + 6 H2O → lumière → C6H12O6 + 6 O2
Etude des levures (hétérotrophe) :
->Les levures sont hétérotrophes car elles réalisent la respiration cellulaire en présence de dioxygène (aérobie) .
C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O
->En l'absence de dioxygène (anaérobie), la levure réalise la fermentation :
La fermentation alcoolique est principalement utilisée par diverses espèces de levures pour produire de l'énergie. Si elles ont de l'oxygène à leur disposition, elles oxydent les sucres par respiration cellulaire, et trouvent ainsi l'énergie nécessaire à la vie.
La fermentation est une voie métabolique cellulaire dégradant partiellement le glucose et produisant une autre molécule organique (éthanol ou acide lactique) pour fournir de l’énergie utilisable par la cellule.
2) Les facteurs influençant le métabolisme
Problème : Comment le métabolisme cellulaire peut-il être influencé ?
Activité TP 3: Le mystérieux morceau de pomme
Bilan :
La cellule échange avec le milieu extracellulaire de la matière (des molécules) et de l’énergie (chimique ou lumineuse). Les molécules échanges peuvent donc modifier le fonctionnement (métabolisme) de la cellule. Le métabolisme dépend donc des facteurs du milieu extracellulaire (milieu de vie de la cellule).
Le métabolisme d’une cellule dépend aussi de l’expression de son matériel génétique. Ainsi, si le matériel génétique d’une cellule est modifié (mutation), cela peut avoir une incidence sur les protéines fabriquées et notamment les enzymes. Les enzymes sont des molécules qui accélèrent les réactions biochimiques. Elles sont donc indispensables pour que le métabolisme se déroule convenablement. Toute modification de l’activité enzymatique aura donc un effet sur le métabolisme des cellules.
CHAPITRE 3 : La biodiversité actuelle et passée
CHAPITRE 4 : Evolution de la biodiversité, communication interspécifique et sélection sexuelle.
