[PDF] Spécialité Thème 1 Energie et cellule vivante

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SpécialitéSpécialité

Thème 1Thème 1

Energie et celluleEnergie et cellule

vivantevivante

Energie et cellule vivante

Tout système vivant échange de la

matière et de l'énergie avec ce qui l'entoure. Il est le siège de couplages énergétiques

On se limite aux cellules eucaryotes.

Energie et cellule vivante

!L'occasion de mettre en oeuvre et d'approfondir des capacités méthodologiques !L'occasion de développer des attitudes (initiative, autonomie) !L'occasion de pratiquer une démarche d'investigation en lien avec les sciences fondamentales

Respiration

cellulaire

Fermentation

cellulaire

Energie et cellule vivante

Photosynthèse

cellulaire

Contraction de la

fibre musculaire

Respiration

cellulaire

Fermentation

cellulaire

Energie et cellule vivante

Photosynthèse

cellulaire

Contraction de la

fibre musculaire

Une large liberté pédagogique :

!sur les modalités didactiquesmodalités didactiques mises en oeuvre !sur l'ordre ordre d'étude !sur les exemples exemples choisis !sur l'ampleur de l'argumentationampleur de l'argumentation développée ...dans la mesure du raisonnable.

Faire le point sur les acquis en SVT

Matière et énergie à différentes échelles Echelle de la biosphère: êtres vivants et cycle du carbone Echelle des écosystèmes: transformation de matière au sein de réseaux trophiques, flux d'énergie Agrosystème / Ecosystème naturel Echelle des organismes: réalisation de différentes fonctions Photosynthèse: parties chlorophylliennes des végétaux

Respiration: : exercice physique

Echelle cellulaire: transformations chimiques ou métabolisme: échange de matière et d'énergie cellule/ environnement

Faire le point sur les acquis en Physique- chimie

Matière et énergie:

!énergie chimique libérée lors d'une combustion !formes et principe de conservation de l'énergie !stockage et conversion d'énergie chimique !réaction d'oxydoréduction

Lumière et matière:

!émission, absorption, diffusion, transmission !énergie d'un photon !spectre solaire !molécules organiques colorées

Cellule chlorophyllienne, photosynthèse

et énergie !La cellule chlorophyllienne des végétaux verts effectue la photosynthèse grâce à l'énergie lumineuse !Le chloroplaste en est l'organite clé !La phase photochimique produit des composés réduits RH2 et de l'ATP !La phase chimique produit du glucose à partir de CO2 en utilisant les produits de la phase photochimique !Seuls les bilans devront être mémorisés.

Matière carbonée

des êtres vivants

Cellule, organite,

membrane

Grands éléments

bilan de la photosynthèse

Spécialité

Seconde

Cellule chlorophyllienne, photosynthèse et

énergie

Mobiliser les acquis des élèves

!poser les nouveaux problèmes à résoudre !formuler des hypothèses explicatives ...motiver la démarche d'investigation à mener

Lumière solaire chlorophylle

Sels minéraux

CO2 matière + O2

H2O organique

Comment

l'énergie lumineuse est- elle transformée en énergie chimique?

Où se déroule la

photosynthèse dans la cellule?

D'où vient

O2?...

Comment

l'incorporation de CO2 est-elle réalisée dans la cellule?... Cellule chlorophyllienne, photosynthèse et énergie Concevoir une stratégie pour résoudre un problème scientifique !Conception d'un protocole de mise en évidence de l'amidon et notion de test /témoin !Réalisation de préparations microscopiques mettant en évidence l'amidon dans les chloroplastes selon l'éclairement: académie de Nantes ! Communication des résultats par un dessin d'observation, un schéma... Le lien entre besoin de lumière, de chlorophylle et synthèse de molécules organiques existe-t-il aussi à l'échelle cellulaire?

Développer

initiative et l'autonomie

Préparer

aux ECE Cellule chlorophyllienne, photosynthèse et énergie

Faire le lien avec des acquis de physique- chimie

!Mise en évidence des radiations absorbées par une solution de chlorophylle brute et comparaison avec un spectre de lumière blanche !Réalisation d'une chromatographie séparant les pigments d'une solution de chlorophylle brute !Utilisation d'une chaîne ExAO pour mesurer l'action de différentes radiations lumineuses sur l'activité photosynthétique et comparer avec les radiations absorbées par la chlorophylle brute

Quel est le

rôle de la chlorophylle? La chlorophylle est associée à l'utilisation de l'énergie solaire, on devrait pouvoir montrer que cette molécule colorée verte absorbe/ diffuse le rayonnement du spectre solaire...

Préparer

aux ECE

Développer

initiative et l'autonomie Cellule chlorophyllienne, photosynthèse et énergie Développer des capacités avec différentes démarches:

Démarche historique: Arnon, Calvin...

Démarche expérimentale: expérience de Hill...

Démarche documentaire: électronographies...

Démarche utilisant des outils numériques:

modélisation moléculaire de l'ATP avec Rastop... BilanBilan: Conversion de l'énergie lumineuse en énergie chimique O2 ADP + P R H2O ATP RH2

COUPLAGECOUPLAGE

PHOTOCHIMIQPHOTOCHIMIQ

UEUE

PhasePhase

chimiquechimique

PhasePhase

photochimiquephotochimique

Impliquant la

chlorophylle

Cellule eucaryote, respiration et énergie

!La plupart des cellules eucaryotes (y compris chlorophylliennes) respirent : à l'aide de O2, elles oxydent la matière organique en matière minérale. !La mitochondrie joue un rôle majeur !Glycolyse (dans le hyaloplasme) puis cycle de Krebs (dans la mitochondrie) produisent du CO2 et des composés réduits R'H2 !L a chaîne respiratoire mitochondriale permet la réoxydation des composés réduits ainsi que la réduction de dioxygène en eau !Ces réactions s'accompagnent de la production d'ATP qui permet les activités cellulaires

Matière carbonée

des êtres vivants

Cellule, organite,

membrane

Nutriments, O2

libèrent de l'énergie utilisable lors de la respiration

Spécialité

Seconde

Cellule eucaryote, respiration et énergie

Un travail en atelier sur des supports différents avec mutualisation... !Utilisation d'une chaîne ExAO pour montrer la diversité des cellules qui respirent -partie chlorophyllienne et non chlorophyllienne d'un végétal -en présence ou en l'absence de lumière !Utilisation d'une chaîne ExAO pour montrer l'efficacité respiratoire de différents substrats : -avec des cellules de levure -avec des mitochondries isolées ! Communication écrite par un enregistrement annoté... ...La possibilité de rendre compte à l' oral

Préparer

aux ECE

Cellule eucaryote, respiration et énergie

Développer des capacités avec d'autres démarches: Démarche historique: Krebs, utilisation de poisons métaboliques...

Démarche documentaire: électronographies de

mitochondries...

Démarche utilisant des outils numériques:

modélisation moléculaire de l'ATP avec Rastop... BilanBilan: couplage énergétique lors de la respiration CO2

ADP + P

R'

Molécules

organiques

R'H2 ATP

H2O

OxydationOxydation

phosphorylantephosphorylante chaîne respiratoire

Oxydation deOxydation de

la matièrela matière organiqueorganique

Glycolyse et

cycle de Krebs

COUPLAGESCOUPLAGES

CHIMIOCHIMIQUECHIMIOCHIMIQUE

SS

Cellule eucaryote, fermentation et

énergie

!Certaines cellules eucaryotes réalisent une fermentation. !L'utilisation fermentaire d'une molécule de glucose produit beaucoup moins d'ATP que lors de la respiration. ![On se limite aux fermentations alcoolique et lactique.]

Certains aliments

proviennent d'une transformation contrôlée par l'homme (fermentation)

Spécialité

Collège

Cellule eucaryote, fermentation et énergie

La possibilité de partir d'exemples

du domaine de l'agro-alimentaire (vins, cidres, bières, pains...) ... !Suivi de la fermentation alcoolique chez la levure en fonction de la nature ou de la concentration en substrat, de la température, du pH, de la disponibilité en O2 afin d'en déterminer les conditions optimales !Mise en évidence de la production d'un acide par fermentation lactique en lien avec des bactéries lactiques

Synthétiser des informations et en faire une

communication orale ...

Cellule eucaryote, respiration et énergie

Développer des capacités avec d'autres démarches: Démarche historique: découvertes de Pasteur...

Démarche documentaire: électronographies de

levures en aérobiose et anaérobiose...

Démarche utilisant des TICE: recherche sur les

fermentations dans le domaine agro-alimentaire: panification, production de bioéthanol, etc...

Orientation

vers les métiers BilanBilan: couplage énergétique lors de la fermentation

Molécules

organiques

ADP + P

R'

Molécules

organiques

Molécules

organiques

R'H2 ATP

Molécules

organiques

Oxydation nonOxydation non

phosphorylantephosphorylante pas de chaîne respiratoire

Oxydation desOxydation des

matièresmatières organiquesorganiques

COUPLAGESCOUPLAGES

CHIMIOCHIMIQUECHIMIOCHIMIQUE

SS

Fibre musculaire, contraction et énergie

!Certaines cellules eucaryotes réalisent une fermentation. !L'utilisation fermentaire d'une molécule de glucose produit beaucoup moins d'ATP que lors de la respiration. ![On se limite aux fermentations alcoolique et lactique.]

Cellule

musculaire

Spécialité

Seconde

Fibre musculaire, contraction et énergie

Une place prépondérante laissée à l'initiative et à l'autonomie de l'élève ! Étude en microscopie optique de muscle cuit ou cru dilacéré ou de coupes transversales et longitudinales permettant de repérer une striation de la cellule musculaire !Recherche et dosage du glycogène musculaire afin de montrer la présence de réserves énergétiques

Fibre musculaire, contraction et énergie

D'autres démarches:

Démarche documentaire: sur l'utilisation de l'ATP et les mécanismes de la contraction musculaire.

Démarche utilisant des outils numériques:

animation des relations actine-myosine ...exploiter des informations et présenter un travail

Préparer à

l'enseignement supérieur BilanBilan: couplage énergétique lors de la contraction musculaire ADP + P ATP

CouplageCouplage

chimiomécaniquchimiomécaniqu ee

ENERGIEENERGIE

MECANIQUEMECANIQUE

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