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| .1. Thème 1 - Du passé géologique à l'évolution future de la planète (7 semaines) | .1.1 Les climats passés de la planète (5 semaines) |
| .1.2 Les variations du niveau de la mer (2 semaines) | |
| .2.Thème 2 - Des débuts de la génétique aux enjeux actuels des biotechnologies (10 semaines) | |
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.3.Thème 3 - Diversité et complémentarité des métabolismes (10 semaines) |
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Progression proposée pour l'année scolaire 2007-8
Consulter le cahier de texte de la classe
Faire les exercices corrigés en ligne
Le référentiel de l'académie de Créteil est utilisé pour rédiger les résumés.
Les notions de géologie acquises de la classe de seconde à celle de terminale permettent de comprendre le fonctionnement général de la planète, de ses enveloppes externes à ses domaines les plus internes. L'enseignement de spécialité précise quelques aspects de ce fonctionnement, à différentes échelles spatiales et temporelles. Il est l'occasion de montrer que l'étude des évolutions passées de la planète, fondée sur une démarche raisonnée intégrant des observations géologiques variées et des mécanismes physiques et chimiques simples, procure des éléments de réflexion et des modèles pour appréhender l'évolution future de la planète. La prévision des climats du futur est un enjeu à la fois de recherche scientifique et de société.
Deux problématiques partiellement interdépendantes sont traitées dans l'enseignement de spécialité et sont abordées en faisant appel à plusieurs disciplines des sciences de la Terre. Cette partie du programme démontre comment l'observation, l'interprétation et la modélisation de phénomènes passés sont utilisés pour proposer des scénarios de l'évolution future de la Terre. Les deux problématiques choisies sont :
les variations du climat.
les variations du niveau moyen des mers.
Ces deux exemples mettent en avant les relations qui existent entre le fonctionnement des enveloppes externes et internes de la Terre et les interactions de la Terre avec le reste du système solaire.
Les changements du climat de la planète s'étudient à différentes échelles de temps. Les variations climatiques sont enregistrées dans les roches sédimentaires et les accumulations de glace aux pôles. La nature chimique des sédiments, leurs contenus fossilifères et leurs conditions de dépôt, ainsi que la composition isotopique des glaces, sont des marqueurs des conditions climatiques. Les bulles de gaz emprisonnées dans les accumulations de glaces des calottes polaires sont des témoins de la composition chimique moyenne de l'atmosphère et de son contenu en gaz à effet de serre. La composition de l'atmosphère plus ancienne, en particulier en dioxyde de carbone (CO2), s'obtient par des données très indirectes.
Plus on recule dans le temps plus les enregistrements géologiques perdent de leur résolution temporelle. Les variations climatiques sont étudiées à deux échelles de temps :
Le dernier million d'années où la continuité des enregistrements géologiques permet d'observer des variations climatiques avec une haute résolution temporelle de l'ordre de 1000 ans.
Le milliard d'années où les enregistrement géologiques permettent d'identifier les changements climatiques avec une résolution de quelques millions d'années.
Problème scientifique :
Comment les conditions de température de notre planète ont-elles évolué par le passé ?
Quel moyen d'étude est-il envisageable en fonction du temps considéré, historique, préhistorique, géologique ?
Objectifs :
Extraction d'informations de données sur les concentrations en isotopes dans les carottes de glace ou de sédiments
Mise en évidence de la corrélation entre la concentration en isotope et la température
Repérage temporel sur des données
Activités :
Mise en évidence de la globalité et de la périodicité des changements climatiques du quaternaire récent, par l'étude comparée de la composition des bulles de gaz et de la composition isotopique des glaces dans les carottes de glace arctiques et antarctiques. Comparaison avec les enregistrements dans les sédiments océaniques.
TD de Myriam KHODRI Introduction à la reconstruction des climats anciens
Matériel nécessaire :
- photocopies sur les compositions de la glace et du test des foraminifères dans les sédiments.
Vocabulaire :
Résumé :
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I) Etudier le climat du quaternaire récent. Les changements du climat des 700 000 dernières années Les carottes de glace forées dans les calottes polaires et les carottes sédimentaires des fonds océaniques ou lacustres permettent de reconstituer les variations climatiques des 700 000 dernières années. Les variations locales de la température au dessus des calottes polaires sont déduites de la composition isotopique de l'oxygène (18O/16O) de la glace. Ces variations de température sont corrélées à des variations de concentration en gaz à effet de serre dans l'atmosphère. En dehors des pôles, les variations climatiques locales sont déduites de l'étude de carottes sédimentaires de lacs ou de tourbières. Les variations globales du volume des calottes glaciaires et des glaciers, représentatives des changements climatiques à l'échelle de la planète, sont déduites de la composition isotopique de l'oxygène (18O/16O) des tests carbonatés dans les sédiments océaniques. |
Limites
:
Les mécanismes de fractionnement isotopique de
l'oxygène ne sont pas au programme.
Travail à la maison :
exercices p. 15 & 17.
lecture du résumé du manuel, p. 24 & 25, I & II
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
ordinateurs, logiciel gnuplot
Problème scientifique :
Comment retrouver les causes des variations climatiques ?
Objectifs :
Relier les cycles des variations climatiques aux varaitions "régulières" des paramètres orbitaux de la Terre.
Montrer que ces paramètres peuvent influer sur l'amplitude thermique saisonnière et/ou sur la quantité d'énergie solaire reçue globalement par la Terre.
Activités :
Mise en évidence de la variabilité climatique du quaternaire récent dans les sédiments continentaux des lacs et tourbières : sédimentologie et analyse des pollens dans des séries sédimentaires actuelles et passées.
Mise en parallèle des variations climatiques terrestres avec les variations de l'énergie solaire reçue par la Terre au cours du temps.
Présentation des cycles de Milankovitch
"Modéliser" à partir de sinusoïdes :
démarrer en Scilab un logiciel libre de math
+ un script pour représenter une année et une tentative de représentation juste un peu plus complexe.
Matériel nécessaire :
- manuel
- ordinateur
Résumé :
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II) Rechercher les causes des variations climatiques Les variations climatiques montrent des alternances de périodes glaciaires et interglaciaires. Un cycle de 100 000 ans rythme les glaciations. Des cycles de réchauffement-refroidissement sont observés entre deux maxima glaciaires avec des périodes de 43 000, 24 000 et 19 000 ans. Ces périodicités s'expliquent par les variations régulières des paramètres orbitaux de la Terre. Ces paramètres déterminent la répartition et les variations au cours du temps de l'énergie solaire reçue aux différentes latitudes (cf. programme de la classe de seconde). |
Travail à la maison :
exercices p. 19.
lecture du résumé du manuel, p. 25 & 26, III
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
Ordinateurs
Problème scientifique :
Comment modéliser les influences des paramètres orbitaux ?
Comment les effets de ces paramètres peuvent-ils être modulés ?
Objectifs :
Dégager des phénomènes intervenant également sur la température de la surface d'une planète.
Activités :
Tenter de représenter les effets des variations de ces paramètres orbitaux grâce à des compositions de sinusoïdes.
Matériel nécessaire :
-ordinateurs
Vocabulaire :
Résumé :
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III) Des phénomènes modulant les variations Les seules variations de l'ensoleillement n'expliquent pas l'amplitude observée des variations de températures. D'autres phénomènes interdépendants modulent l'effet astronomique. Parmi ces phénomènes, deux d'entre eux :
L'albédo est l'un des facteurs qui contrôle la température de surface de la Terre. Il est fonction entre autres du couvert végétal et de l'extension des calottes polaires qui eux-mêmes dépendent de la température.
Le CO2 participe à l'effet de serre de la planète. Sa concentration dans l'atmosphère est en équilibre avec celle de l'océan. Lorsque la température augmente, la solubilité de CO2 dans l'océan diminue, l'équilibre précédent est déplacé : du CO2 passe de l'océan dans l'atmosphère ce qui induit une augmentation de l'effet de serre. |
Limites :
les interactions entre les différents
phénomènes qui modulent l'effet astronomique ne sont pas
au programme. L'étude des paramètres orbitaux de la
Terre n'est pas au programme.
Travail à la maison :
lecture du résumé du manuel, p. 24 à 26
exercice 5 p 32.
Matériel
nécessaire pour la séance suivante :
Problème scientifique :
Comment reconstituer les variations climatique à une échelle de temps plus vaste ?
Objectifs :
Interpréter des traces géologiques.
Etablir un schéma de synthèse.
Activités :
Etude de données et documents géologiques attestant des glaciations précambriennes et paléozoïques. Replacer ces traces glaciaires en fonctions de la position des continents au cours du temps.
Etude des processus d'altération des roches : utilisation d'analyses chimiques et minéralogiques de roches saines et altérées, d'analyses chimiques d'eau des rivières et d'eau de mer.
Matériel nécessaire :
- manuel
Vocabulaire :
Résumé :
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IV) Les changements climatiques aux plus grandes échelles de temps Les variations à courtes échelles de temps vues précédemment se superposent à des variations à beaucoup plus grande échelle de temps. On retrouve ainsi dans les roches :
Les mécanismes des variations climatiques aux grandes échelles de temps impliquent des variations importantes dans la teneur en gaz à effet de serre de l'atmosphère (maximum du CO2 au Crétacé, minimum au Carbonifère par exemple). Ces variations sont contrôlées en particulier par les processus suivants qui libèrent ou consomment du CO2 :
|
Limites
:
L'étude des mécanismes à l'origine des traces
de changements climatiques n'est pas au programme.
Limites
:
L'étude des processus de maturation et de conservation des
roches carbonées ainsi que l'étude du dégazage du
manteau ne sont pas au programme.
Travail à la maison :
étude des documents page 42 à 45
lecture du résumé du manuel, p. 50 & 51, I & II
préparer un contrôle
Matériel
nécessaire pour la séance suivante :
Problème scientifique :
Comment prévoir le climat du futur ?
Objectifs :
Evaluer les arguments de différents modèles climatiques.
Présenter un bilan sous forme de schéma.
Activités :
Etude de documents
Article de La Recherche : À quand la prochaine glaciation ?
Matériel nécessaire : -
Vocabulaire :
Résumé :
|
V) Le futur et les climats Bilan : Envisager les climats du futur. L'identification des paramètres qui contrôlent le climat de la Terre est essentielle pour construire des modèles climatiques. Les scénarios d'évolution de la température moyenne de la Terre qui, outre la variabilité naturelle du climat, prennent en compte l'impact de l'activité humaine, prévoient un réchauffement de l'ordre de 2 à 5°C au cours du XXIe siècle. Ce réchauffement à l'échelle du siècle se superpose à un refroidissement constant de plus grande ampleur commencé il y a 20 millions d'années. |
Travail à la maison :
ex. 4 p.56.
lecture du résumé du manuel, p. 51 & 52, III
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
ballons, bain marie, règles graduées : Montage pour évaluer les paramètres intervenant dans la variation du niveau de la mer.
Les variations du niveau de la mer sont d'amplitude variable au cours de l'histoire de la Terre. Elles trouvent leur origine dans les changements climatiques mais aussi dans les phénomènes tectoniques et dans l'activité plus ou moins intense du manteau terrestre.
Problème scientifique :
Comment expliquer les particularitées de la grotte Cosquer ?
Objectifs :
Identifier des variation du niveau de la mer.
Activités :
Mise en évidence des variations du niveau de la mer à deux échelles de temps :
Les variations liées aux glaciations du quaternaire par l'analyse de récifs fossiles, de traces de lignes de rivage ou d'activité humaine (ex: grotte Cosquer).
Les variations liées aux phénomènes de transgression et de régression du Crétacé supérieur par l'analyse de documents (cartes, vidéos, photographies, échantillons).
Matériel nécessaire :
ballons, bain marie, règles graduées : Montage pour évaluer les paramètres intervenant dans la variation du niveau de la mer.
Vocabulaire :
Résumé :
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I) Mise en évidence des variations du niveau de la mer au cours des temps géologiques Les variations du niveau de la mer modifient la surface des terres émergées. Les roches sédimentaires par leur nature et leur extension enregistrent les variations relatives du niveau de la mer. Ces variations se manifestent notamment par des transgressions et des régressions sur les continents. |
Travail à la maison :
ex. 1 p. 80.
lecture du résumé du manuel, p. 76 à 78, I & II
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
ballons, bain
marie, règles graduées.
Problème scientifique :
Comment évaluer les responsabilité des différents phénomènes intervenant dans la variation du niveau des océans ?
Objectifs :
Réfléchir sur les causes possibles des variations du niveau de la mer ; quantifier l'importance de chacunes d'elles.
Activités :
Etudes à partir de divers documents (cartes, photographies, échantillons, de pages WEB) des phénomènes de transgression et de régression. Mise en évidence sur la carte géologique du monde et de la France de l''importance mondiale de la transgression du Crétacé supérieur.
Mise en évidence des paramètres de variation du niveau de la mer :
variation de volume de l'eau de mer en fonction de la température,
variations de la quantité de glace présente sur les terres émergées,
variations de la profondeur moyenne du fond des océans.
Réalisation d'un bilan quantitatif.
Matériel nécessaire : -
Vocabulaire :
Résumé :
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II) Les causes des variations mondiales du niveau de la mer Les variations relatives du niveau de la mer à l'échelle mondiale sont contrôlées par le volume d'eau dans les bassins océaniques. On considère que pendant les 200 derniers millions d'années le volume d'eau sous forme de glace, de liquide et de vapeur est constant à la surface de la Terre. Les principales causes des variations du niveau de la mer sont :
Le volume des bassins océaniques (dont la variation peut aller jusqu'à plusieurs centaines de mètres en une dizaine de millions d'années). |
Travail à la maison :
ex. 3 p. 82.
lecture du résumé du manuel, p. 78, III
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
texte de Mendel
et questionnaire
à faire
faire germer des grains de pollen
planter des pois.
Problème scientifique :
Comment la génétique a-t-elle reçu ses fondements scientifiques ?
Objectifs :
Retrouver à traver l'étude de texte de Mendel, la mise en place d'une méthodologie permettant une approche scientifique de l'étude de l'hérédité.
Activités :
Analyse d'expériences relatives au monohybridisme et au dihybridisme dans la perspective des travaux de Mendel.
Matériel nécessaire :
- texte et questionnaire
Vocabulaire :
Résumé :
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I) À la fin du XIXe siècle, Mendel (1870) réfute, par ses travaux d'hybridations, le concept d'hérédité par mélange et introduit l'idée d'une hérédité particulaire. A) Du temps de Mendel, l'idée d'une hérédité par mélange est largement retenue
1) Mendel recherche, pour ses expériences de croisements, des variétés d'une même espèce qui diffèrent par des caractères morphologiques facilement identifiables.
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Travail à la maison :
finir le questionnaire.
lecture du résumé du manuel, p. 94
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
fleurs, loupes
bino, microscopes, lames, gelose + glucose.
Problème scientifique :
Comment la reproduction sexuée est-elle réalisée par les végétaux ?
Objectifs :
Préciser les différents éléments et les différentes étapes de la reproduction sexuée des végétaux.
Activités :
Réalisation d'une dissection florale en relation avec la technique expérimentale de Mendel.
Observation d'un fruit et d'une graine.
Matériel nécessaire :
-fleurs, loupes bino, microscopes, lame, gelose + glucose.
Vocabulaire :
Résumé :
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2) Mendel choisit délibérément des variétés de pois qui répondent à ses exigences. a) Chez le pois, l'autofécondation peut avoir lieu dans une fleur encore fermée.
b) La fécondation croisée peut être réalisée artificiellement pour obtenir des hybrides.
3) La méthode utilisée par Mendel comporte une analyse quantitative et statistique des résultats.
1) Les croisements réciproques réalisés par Mendel permettent de valider l'idée que l’apport paternel et l'apport maternel sont équivalents. 2) Mendel montre que les facteurs héréditaires correspondant aux deux versions d'une caractéristique morphologique coexistent, mais restent distincts chez un hybride.
3) En étudiant l'hérédité de deux caractéristiques morphologiques, Mendel montre que les deux couples de facteurs héréditaires se séparent de façon indépendante lors de la formation des gamètes de l'hybride.
4) Faute de supports structuraux, l'importance scientifique des travaux de Mendel n'a pas été reconnue par la communauté scientifique de son époque
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Limites : Les notions de gamétophytes mâle et femelle et de double fécondation ne sont pas au programme.
Travail à la maison :
ex. 2 p. 99.
lecture du résumé du manuel, p. 95 à 97
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
-Élevage
de drosophiles, microscopes, loupes binoculaires...
Comment les observations des cytologistes permettent de préciser les mécanismes de l'hérédité ?
Objectifs :
Relier une réflexion scientifique à des pratiques d'observation.
Activités :
Observation de grains de pollen "germés"
Constat du parallélisme entre le comportement des chromosomes et celui des facteurs héréditaires.
Élevage de drosophiles (voir aussi le site de simulation de croisement de drosophiles), microscopes, loupes binoculaires...
Étude de résultats de croisements chez la drosophile dans le cas de l'hérédité liée au sexe et interprétation des résultats dans le cadre de la théorie chromosomique.
Matériel nécessaire :
-Élevage de drosophiles, microscopes, loupes binoculaires...
Vocabulaire :
Résumé :
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II) Au début du XXe siècle, de nouvelles connaissances cytologiques permettent d’élaborer la théorie chromosomique de l'hérédité. A) La théorie chromosomique de l'hérédité naît de la mise en relation du comportement des chromosomes et des facteurs héréditaires définis par Mendel.
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Travail à la maison :
lire document de 102 à 105.
lecture du résumé du manuel, p. 112 & 113, I
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
Comment la théorie chromosomique de l'hérédité permet-elle d'expliquer certains cas particuliers ?
Objectifs :
Affiner l'approche chromosomique de l'hérédité
Activités :
Élevage de drosophiles
Réflexions sur la valeur heuristique (liée à l'art de découvrir) d'une théorie scientifique.
Localisation de trois gènes sur un chromosome à partir de données expérimentales. (voir site sur le génome)
Matériel nécessaire :
- manuel
Vocabulaire :
.
Résumé :
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B) La théorie chromosomique de l'hérédité est complétée par les expériences de l’équipe de Morgan sur la drosophile. 1) L'étude d’un cas d’hérédité liée au sexe permet la première localisation d’un gène sur un chromosome.
2) L'étude de la transmission de plusieurs gènes mène à la notion de groupes de liaison génétique.
3) L'étude de recombinaisons entre gènes liés a conduit à l’établissement de cartes génétiques.
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Travail à la maison :
Préparer le bac blanc..
lecture du résumé du manuel, p. 113 & 114, II & III
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
ADN digéré par des enzymes de restriction et bac à électrophorèse.
Comment de nouvelles techniques liées au travail des physiciens, des chimistes, et des informaticiens permettent-elles une révolution en génétique ?.
Objectifs :
Relier une découverte technique avec une révolution scientifique
Activités :
Étude de documents p 122 à 125.
Matériel nécessaire :
Manuels
Vocabulaire :
.
Résumé :
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C) Les résultats des travaux de l'équipe de Morgan tentent de préciser la définition du gène 1) Le gène est une unité de fonction.
2) Le gène est une unité de mutation
3) Le gène est une unité de recombinaison.
III) L'avènement de la biologie moléculaire conduit au développement des biotechnologies A) A partir des années 40, on découvre la nature chimique du matériel génétique, les modalités de sa transmission et de son expression.
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(La nature chimique du gène (ADN - double hélice), la relation gène - protéine, les modalités de l'expression génétique, notions déjà étudiées dans les programmes de seconde et de première, doivent être replacées dans une perspective historique. Elles ne sont pas au programme en tant que telles.)
Travail à la maison :
ex. 1 p. 144.
lire de la page 121 à 127.
lecture du résumé du manuel, p. 134 & 135, I
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
logiciel
Anagène attention doit être installé.
Correction du bac blanc
Comment de nouvelles techniques liées au travail des physiciens, des chimistes, et des informaticiens permettent-elles une révolution en génétique ?(Suite).
Objectifs :
Relier une découverte technique avec une révolution scientifique
Activités :
Digestion de l'ADN par des enzymes de restriction et électrophorèse.
Traitement de données sur les enzymes de restriction (logiciel Anagène).
Matériel nécessaire :
- ADN digéré par des enzymes de restriction et bac à électrophorèse.
logiciel Anagène attention doit être installé.
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B) De nouvelles méthodologies apparues dans les années 70 ont rendu possible le développement du génie génétique. 1) Des biotechnologies se sont progressivement développées
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Travail à la maison :
question 1 exercice 2 page 145.
lecture du résumé du manuel, p. 135, II
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
Comment des propriétés nouvelles peuvent-elles être conférées aux organismes par Transgenèse ?
Objectifs :
Discuter les risques et les espoirs liés aux OGM
Activités :
Étude d' exemples d'organismes génétiquement modifiés pour la résistance aux insectes et la production de molécules pharmacologiques.
Dans un texte ou une étude expérimentale, repérer les problèmes soulevés par les OGM et argumenter scientifiquement.
Les OGM n'ont jamais déchaîné tant d'opposition qu'en 2003. Paradoxe : ne soulèvent-ils pas des problèmes liés aux pratiques agricoles qui auraient dû être abordés il y a des années ? 01/01/2004 La Recherche Yves Chupeau, Pierre-Henri Gouyon - Les OGM, graines de réflexion
Matériel nécessaire :
-manuel
Vocabulaire :
.
Résumé :
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2) Les biotechnologies ont des applications variées.
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Travail à la maison :
ex. 4 p. 146.
lecture du résumé du manuel, p. 135 & 136, III
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
Problème scientifique :
Comment les connaissances en génétiques modernes peuvent-elles modifier l'approche médicale ?
Objectifs :
Relier les connaissances de génétique modernes et le développement d'une médecine prédictive
Activités :
Observation de caryotypes anormaux.
Évaluation du risque génétique dans le cas de la trisomie 21 à partir de données statistiques (âge de la mère, mesure de facteurs sériques).
Matériel nécessaire :
-manuel
Vocabulaire :
.
Résumé :
|
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Travail à la maison :
Préparer un bilan.
lecture du résumé du manuel, p. 158 & 159, I
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
9ème semaine 21-26/1 :
Comment les connaissances en génétiques modernes peuvent-elles modifier l'approche médicale (suite) ?
Objectifs :
Relier les connaissances de génétique modernes et le développement d'une médecine prédictive
Activités :
Étude de documents sur la thérapie génique somatique.
Matériel nécessaire :
Travail à la maison :
.lecture du résumé du manuel, p. 159 & 160, II & III
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
Comment les connaissances en génétiques modernes peuvent-elles modifier l'approche médicale (suite) ?
Objectifs :
Relier les connaissances de génétique modernes et le développement d'une médecine prédictive
Activités :
Travail en groupes sur des arbres généalogiques
Matériel nécessaire :
- ADN digéré par des enzymes de restriction et bac à électrophorèse.
Vocabulaire :
.
Résumé :
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Travail à la maison :
lecture du résumé du manuel, p. 158 à 160
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
Autotrophie et hétérotrophie ont été identifiées en classe de seconde comme deux types majeurs de métabolismes chez les êtres vivants.
Cette partie du programme de spécialité de la classe de terminale S donne l'occasion d'étudier le métabolisme à l'échelle de l'organisme et de la cellule. Elle conduit à une meilleure compréhension des phénomènes à l'origine de la synthèse des constituants moléculaires des cellules.
La
phase photochimique de la photosynthèse et la respiration
mitochondriale sont des processus contribuant au renouvellement de
molécules comme l'ATP utilisées lors des synthèses
et activités cellulaires (transports, mouvements).
L'étude de ces fonctions donne aussi l'occasion de
compléter la construction du bilan structural et fonctionnel de
la cellule en tenant compte des acquis des années
précédentes, et d'aborder l'origine d'organites tels que
mitochondries et chloroplastes.
Comment le carbone circule-t-il dans un écosystème ?
Objectifs :
Observation des différents individus d'un écosystème
Activités :
Observation ou documentation sur la structure d'un exemple d'écosystème, les différents êtres vivants qui constituent sa biocénose et les relations trophiques qui existent entre eux.
Exemple de la mousse ( polytric, nématodes, rotifères, tardigrades, coléoptères...)
Matériel nécessaire :
microscopes, lames, lamelles
Vocabulaire :
Autotrophe, hétérotrophe, producteur primaire.
Résumé :
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I) Présentation de l'écosystème Du carbone minéral aux composants du vivant : la photo-autotrophie pour le carbone Dans les écosystèmes des relations trophiques s'établissent entre les producteurs primaires autotrophes et les divers producteurs secondaires hétérotrophes. Les producteurs primaires de la planète utilisent le carbone du CO 2 atmosphérique pour constituer les chaînes carbonées, bases des composants du vivant. Le carbone se trouve à l'état oxydé dans l'atmosphère et à l'état réduit dans la matière constitutive des organismes vivants. |
Travail à la maison :
Ex. 2 p. 191.
lecture du résumé du manuel, p. 186 & 187, I & II
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
- microscopes, lames, lamelles, élodées, poireaux
2ème semaine 11-16/2
Problème scientifique :
Comment les végétaux réalisent-ils la photosynthèse ?
Objectifs :
Localiser les cellules et les organites cellulaires intervenant dans la photosynthèse.
Activités :
Étude d'une coupe de feuille. Localisation du parenchyme chlorophyllien et des stomates.
Étude en microscopie optique de chloroplastes. Étude d'électronographies de chloroplastes.
Matériel nécessaire :
- microscopes, lames, lamelles, élodées, poireaux
Vocabulaire :
Résumé :
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II) L'autotrophie (ici phototrophie pour le carbone) La photosynthèse. Chez les végétaux supérieurs, le CO 2 de l'air pénètre dans les feuilles par les stomates atteint les chloroplastes des cellules chlorophylliennes , lieu de la réduction photosynthétique du ..CO 2 . Le bilan des transformations (= ensemble de réactions biochimiques catalysées par des enzymes) peut s'écrire : 6 C O2 + 12 H2 *O |
Travail à la maison :
préparer le bac blanc.
lecture du résumé du manuel, p. 187 & 188, III & IV
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
ExAO
Semaine des bacs blancs du 18 au 23 février
*hiver*
Comment les producteurs primaires d'un écosystème utilisent-ils le carbone minéral ?.
Objectifs :
Préciser une méthode d'étude de la photosynthèse
Activités :
Étude des conditions de photosynthèse par ExAO
Mise en évidence d'une production de matière organique et d'O 2 à la lumière en présence de CO 2 par des végétaux chlorophylliens.
Matériel nécessaire :
- ExAO
Travail à la maison :
ex. 1 p. 190.
lecture du résumé du manuel, p. 208, I
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
matériel
pour chromatographie et pour l'étude des spectres d'absorption
Problème scientifique :
Comment lors de la photosynthèse l'énergie lumineuse du soleil est-elle convertie en énergie chimique ?
Objectifs :
Réaliser le lien entre énergie lumineuse et énergie chimique.
Comprendre le rôle des pigments.
Localiser les lieux des deux phases de la photosynthèse.
Activités :
Séparation de pigments photosynthétiques par chromatographie.
Étude des spectres d'absorption de pigments chlorophylliens. Comparaison du spectre d'action et du spectre d'absorption pour un végétal.
Réaction de Hill.
Matériel nécessaire :
-matériel pour chromatographie et pour l'étude des spectres d'absorption
Vocabulaire :
Thylakoïde, ATP, stroma.
Résumé :
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A) La photosynthèse est la succession de deux phases : - dans les thylakoïdes, une phase photochimique dans laquelle grâce à la collecte des photons par les pigments, un ensemble d'oxydo-réductions permet l'oxydation de l'eau, la production d'O 2 , de composés intermédiaires RH2 et ATP (adénosine triphosphate qui se construit à partir d'ADP et de phosphate inorganique) ; - dans le stroma, une phase non photochimique permet l'incorporation et la réduction du CO 2 pour la synthèse de glucides. Elle nécessite un accepteur de CO 2 , de l'ATP et des composés réduits RH2 . |
Limites : La notion de facteur limitant n'est pas au programme. Le fonctionnement des centres photosynthétiques, des chaînes d'oxydo-réduction et de l'ATP synthase n'est pas au programme.
Travail à la maison :
ex. 1 p 212 et 2 p. 213.
Préparer contrôle bilan sur la génétique (type IIb).
lecture du résumé du manuel, p. 208 à 210, II & III
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
-pour l'étude
par ExAO des conditions du dégagement d'oxygène avec des
cellules ou des chloroplastes isolés et pour la mise
en évidence d'amidon dans les chloroplastes.
Comment l'énergie chimique est-elle mise en réserve ?
Objectifs :
Suivre le devenir des substances élaborées
Discuter de la mise en réserve de molécules énergétiques par le végétal et de mise en réserve d'énergie chimique à l'échelle de l'écosystème.
Activités :
Étude par ExAO des conditions du dégagement d'oxygène avec des cellules ou des chloroplastes isolés.
Mise en évidence d'amidon dans les chloroplastes.
Mise en évidence de réserves dans des graines, des fruits, des organes souterrains.
Matériel nécessaire :
-pour l'étude par ExAO des conditions du dégagement d'oxygène avec des cellules ou des chloroplastes isolés et pour la mise en évidence d'amidon dans les chloroplastes.
Vocabulaire :
Résumé :
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B) Les produits de la photosynthèse. Les composés glucidiques formés par la réduction du CO 2 sont exportés hors du chloroplaste vers le cytoplasme des cellules chlorophylliennes ; ils peuvent être temporairement stockés dans le chloroplaste sous forme d'amidon. Dans la cellule chlorophyllienne, les produits initiaux de la photosynthèse permettent essentiellement la synthèse de saccharose mais aussi de tous les autres constituants chimiques des êtres vivants (glucides, lipides, protéines, acides nucléiques…) grâce à un apport d'ions minéraux transportés par la sève brute. Le saccharose des cellules foliaires, en partie utilisé sur place, est majoritairement exporté hors des feuilles vers d'autres lieux d'utilisation telles que les cellules des zones en croissance et celles des zones de stockage de réserve (graines et organes de réserve, parties pérennes de la plantes, paroi cellulosique et bois). Les zones non chlorophylliennes d'une plante se comportent comme des parties hétérotrophes d'un être autotrophe. |
Limites : L'étude des mécanismes et des supports de transport des sèves n'est pas au programme. L'étude de l'absorption racinaire n'est pas au programme. L'étude des synthèses des différents constituants des êtres vivants n'est pas au programme.
Travail à la maison :
Exercice 4 page 214.
lecture du résumé du manuel, p. 210, IV
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
- Microscopes,
lames, lamelles, élodées, interface-télé,
microcamescope.
Problème scientifique :
Comment l'utilisation d'intermédiaires métaboliques permet aux organismes de réaliser des réactions désaventageuses d'un point de vue énergétique ?
Objectifs :
Présenter les caractéristiques et l'importance de l'ATP dans le fonctionnement cellulaire.
Activités :
Observation de mouvements de cyclose.
Observation de contraction de fibres musculaires.
Étude d'électronographies de fibres musculaires.
Visualiser la structure de l'ATP et de l'ADP
Matériel nécessaire :
- Microscopes, lames, lamelles, élodées, interface-télé, microcamescope.
Vocabulaire :
Résumé :
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III) L'ATP, molécule indispensable à la vie cellulaire À l'exception du chloroplaste qui effectue des synthèses à partir du carbone minéral, les activités des cellules animales et végétales se traduisent par des synthèses à partir de molécules organiques préexistantes (ex : le glycogène ), par des mouvements (fonctionnement d'un complexe actine-myosine). Toutes ces activités consomment des intermédiaires métaboliques, en particulier de l'ATP. L'ATP n'est pas stocké, mais régénéré aussi vite qu'il est détruit. |
Travail à la maison :
ex. 2 p. 229.
lecture du résumé du manuel, p. 224 à 226
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
-
Matériel ExAO, suspension de levure à jeun, sonde
à dioxygène, solution zéro, solutions de glucose.
Comment la respiration permet-elle cette régénération d'ATP indispensable à la vie cellulaire ?
Objectifs :
Relier respiration et production d'ATP
Ajuster la conception de la respiration aux différents niveaux d'organisation du vivant
Activités :
Étude expérimentale de la respiration de suspensions cellulaires.
Matériel nécessaire :
- Matériel ExAO, suspension de levure à jeun, sonde à dioxygène, solution zéro, solutions de glucose.
Vocabulaire :
.Résumé :
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IV) Respiration et fermentation, sources d'ATP A) Dégradation des composés organiques et régénération des intermédiaires métaboliques Toute cellule vivante, isolée ou non, animale ou végétale (autotrophe et non autotrophe), régénère son ATP en oxydant des molécules organiques par processus respiratoire ou fermentaire. Dans le cas d'une molécule de glucose la respiration cellulaire peut être traduite par le bilan des transformations :
C6 H12 O6
+ 6 *O2 + 6 H2 O La respiration comporte plusieurs réactions chimiques catalysées par des enzymes. Au cours de ces réactions, la matière carbonée est minéralisée sous forme de CO 2 . |
Travail à la maison :
Questions 1&2 p.233.
exercice 1 page 248
Préparer le contrôle.
lecture du résumé du manuel, p. 242, I
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
Manuels
Problème scientifique :
Comment les molécules de composés organiques sont-elles dégradées au cours de la respiration ?
Objectifs :
Relier les différentes étapes de la respiration à la régénération d'ATP.
Localiser dans la cellules les différentes étapes de la respiration.
Activités :
Étude d'électronographies de mitochondries.
Étude expérimentale de la respiration des mitochondries.
Matériel nécessaire : -
Vocabulaire :
Pyruvate, hyaloplasme, mitochondrie.
Résumé :
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B) Les réactions de la respiration. - La première étape est l'oxydation du glucose en pyruvate ; elle s'accompagne de la production de composés réduits R'H 2 (proches des composés RH 2 fabriqués au cours de la photosynthèse). Elle se déroule dans le hyaloplasme. L'énergie libérée permet par couplage la synthèse de deux molécules d'ATP par molécule de glucose oxydé. C6 H12 O6 + 2 R' 2
ADP + 2 Pi - La deuxième étape se déroule dans la matrice des mitochondries. C'est une série de décarboxylations oxydatives, à partir du pyruvate, qui s'accompagne de la production de composés réduits et de synthèse d'ATP. 2
C H3 C O C O O H + 10 R + 6 H2 O 2
ADP + 2 Pi - La dernière étape se déroule dans les crêtes de la membrane interne des mitochondries. C'est l'oxydation par le dioxygène, des composés réduits produits dans les étapes précédentes. Elle est couplée à la production d'une importante quantité d'ATP. 12
R' H2 + 6 O2 32
ADP+32 Pi
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Travail à la maison :
Exercice 2 page 249.
lecture du résumé du manuel, p. 242 & 243, II
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
Problème scientifique :
Comment les cellules en l'absence de dioxygène renouvellent-elles l'ATP indispensable à la vie cellulaire ?
Objectifs :
Préciser le processus de la fermentation.
Réaliser un bilan mettant en place les relation fonction structure au sein de la cellule.
Activités :
Etude expérimentale de la fermentation alcoolique.
A partir de documents, construction de schémas fonctionnels mettant en place les relations fonctions-structures au sein d'une cellule (utilisation des connaissances antérieures).
Article sur l'origine des cellules : 01/03/2003 La Recherche Marc-André Selosse.
Matériel nécessaire :
- manuel
Vocabulaire :
Résumé :
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C) La fermentation. Par contraste avec l'oxydation complète du substrat liée aux mitochondries, une oxydation incomplète est possible par fermentation. Elle produit un déchet organique, reste du substrat réduit non totalement oxydé lors du processus dégradatif. Cette fermentation permet un renouvellement peu efficace mais réel des intermédiaires métaboliques, ce qui autorise dans le cas de la fermentation alcoolique, une vie sans oxygène. V) Bilan structural et fonctionnel d'une cellule vivante Toute cellule vivante est constamment soumise à un bilan d'entrée et de rejet de matière, qu'accompagnent des conversions énergétiques. La cellule eucaryote est formée de compartiments dans lesquels se déroulent des réactions métaboliques particulières, catalysées par des enzymes spécifiques. La mitochondrie et le chloroplaste proviennent probablement de bactéries qu'une cellule hôte ancestrale aurait adoptées comme endosymbiotes. Le noyau, par l'information génétique qu'il contient, dirige la synthèse des protéines, et donc des enzymes nécessaires au métabolisme de la cellule. |
Limites : Les fermentations autres que la fermentation alcoolique ne sont pas au programme.
Travail à la maison :
lecture du résumé du manuel, p. 243 & 244, III
Matériel nécessaire pour la séance suivante :
Fin des cours
