Sciences de la Vie et de la Terre

1. Sciences de la Vie et de la Terre Cours de terminale S Programme de spécialité

2. 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

3. Eau + sels minéraux Matière organique CO2 chloroplastes NRJ mitochondries O2 CO2 O2 NRJ lumière Chapitre I : Du carbone minéral aux composants du vivant : la photo-autotrophie pour le C Introduction : révisions de seconde cellule autotrophe (végétaux chlorophylliens)

4. Eau + sels minéraux Matière organique O2 NRJ Mitochondrie Matière organique (glucose par exemple) NRJ CO2 cellule hétérotrophe (animaux et champignons)

5. Carbone minéral Carbone organique Carbone organique Carbone organique Photo-autotrophie hétérotrophie

6. écosystème I ) Le cycle du carbone dans les écosystèmes A ) définition d’un écosystème biotope biocénose

7. A B B ) Le fonctionnement d’un écosystème Signifie A est mangé par B Travail: activité livre p.176 Exercice : dans l’écosystème « forêt », proposez un réseau trophique possible en complétant le document ci-dessous.

9. C ) La régulation du cycle du Carbone dans les écosystèmes Carbone a l’état oxydé CO2 dans l’air ou HCO3- dissout dans l’eau Respiration et fermentation photosynthèse Carbone a l’état réduit Dans la matière organique (C6H1206 par exemple)

10. Coupe transversale de feuille chlorophyllienne II ) L’incorporation du CO2 par les producteurs primaires : autotrophie du végétal Problème  : Quelles sont les structures permettant l’absorption du CO2 ? A ) Les producteurs primaires incorporent le CO2 au niveau des feuilles TP n°1 Épiderme supérieur Parenchyme palissadique Parenchyme lacuneux Épiderme inférieur

11. Stomate observé au microscope à lumière (photonique) X1000

13. Parenchyme palissadique  Mise en évidence de l’incorporation du CO2 au niveau des feuilles :  Structure de la feuille : voir TP n ° 1 Energie lumineuse (photons) Matière organique H2O + sels minéraux CO2 Rapport structure/fonction de la feuille chlorophyllienne

14. chloroplastes au microscope optique 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

15. chloroplaste au microscope électronique

16. Structure schématique d’un chloroplaste

17. 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

18. Exercice maison : n°3 page 213 Problème 3 : Comment du CO2 + de H2O + photons peuvent permettre la synthèse de molécules organiques ? Comment cette conversion est-elle possible ?

19. 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 :

20. Photons = énergie lumineuse Membrane du thylakoïde Chla énergie ADP + Pi ATP 2e- e- R RH2 H20 1/2O2 + 2e- +2H+ Stroma du chloroplaste Chaîne de transfert des e-

21. énergie ADP + Pi ATP • 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). L’ATP est la molécule énergétique directement utilisable par toutes les cellules

22. 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

23. 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

24. ATP ADP RH2 R Triose phosphate Triose phosphate 2 tours de cycle ADP ATP Le cycle de Calvin & Benson : un bilan de la phase non photochimique X3 CO2 C3 APG X3 X6 RuBP C5 Cycle de Calvin/Benson C3 X6 C3 X5 Triose phosphate X1 C3 Hexose phosphate = glucose C6H12O6 X1 C6

25. Lumière 02 Phase photochimique Dans les tylakoïdes R ADP ATP RH2 H2O couplage CO2 glucose H2O Cycle de Calvin Phase non photochimique dans le stroma

26. Dans le chloroplaste Dans les cellules de la feuille A l’extérieur de la feuille D . Le devenir des composés glucidiques formés par la réduction du CO2 Organes de réserves : voir TP n°4

27. feuille lumière Matière organique Sève élaborée : eau + matière organique eau + sels minéraux + CO2 CO2 Sève brute : eau + sels minéraux provenant des racines Schéma bilan du fonctionnement d’un végétal chlorophyllien tige

28. ATP ADP Chapitre II : L’ATP, molécule indispensable à la vie cellulaire Introduction I ) Des activités cellulaires consommatrices d’ATP A ) La synthèse de molécules Exemple : synthèse du glycogène glucoses glycogène

29. Mouvements de cyclose B ) Les mouvements cellulaires C ) Les mouvements intracellulaires

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

31. Liaison riche en NRJ P P P P P Réaction endergonique + H2O + Pi adénosine adénosine Réaction exergonique Réactif A Produit B

32. 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)

33. myofibrille Sarcomère (donne l’aspect strié au muscle) 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.

34. 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 myosine Les filaments d’actine sont reliés au niveau des stries Z qui délimitent chaque sarcomère

35. 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.

36. 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’énergie Dans le muscle, l’énergie chimique contenue dans l’ATP est convertie en énergie mécanique à l’origine de la contraction musculaire

37. 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 ?

38. 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 • Etude expérimentale de la respiration cellulaire Voir TP n°6 + lire activités 1,2 et 3 pages 232 à 237

39. 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)

40. 02 R’H2 BESOINS R’H2 glucose H20 C02 H20 3ème étape 1ère étape 2ème étape ATP ATP ATP ADP ADP ADP « DECHETS » Schéma de fonctionnement de «  l’usine énergétique mitochondriale » glucose 02 pyruvate CO2 mitochondrie hyaloplasme