Seconde Thème 1 : Chapitre 2 : La nature du vivant.

Chapitre 2 : La nature du vivant.

Problématique : Quels sont les points communs du vivant ?

Tp 1 : Observations microscopiques de différents échantillons, pour chercher un point commun au vivant.

TP 1 : Observations microscopiques fiche_élève

Echantillon 1 : Homme

Echantillon 2 : Elodée (Végétal, vivant, possède des cellules)

Echantillon 3 : Levures de boulanger (Champignon, vivant, est composé d'une cellule)

Echantillon 4 : Nostoc (Colonie de bactéries, vivant, est composé de cellules)

Echantillon 5 : Gelose (Agar - agar, absence de cellule, non vivant)

I] Organisation cellulaire et parenté du vivant.

Fiche_bilan_cellule

Tous les êtres vivants sont faits d’une ou plusieurs cellules.

–Les animaux, les plantes et les champignons possèdent des cellules compartimentées, contenant des organites spécialisés comme le noyau. Ce sont des eucaryotes.

–Seules les plantes (et quelques bactéries) possèdent des chloroplastes.

–Les bactéries sont des cellules très petites et dont l’organisation est simple (peu ou pas d’organites). Ce sont des procaryotes (pas de noyau).

Les caractères communs aux cellules de tous les êtres vivants (présence de membrane plasmique et de cytoplasme) suggèrent que ces derniers sont parents. Tous les êtres vivants dérivent d’un ancêtre commun.

La cellule est donc l’unité structurale du vivant.

Problématique : Cette parenté du vivant se retrouve-t-elle uniquement au niveau de la structure ?

II] Molécules et éléments chimiques du vivant.

La matière vivante et la matière minérale partagent les mêmes éléments chimiques mais dans des proportions différentes. 4 éléments majeurs dans la matière vivante : carbone (C) , hydrogène (H) , oxygène (O) et azote (N) et 4 éléments majeurs dans pour la matière minérale : fer (Fe), oxygène (O), silicium (Si) et magnésium (Mg).

Rastop : exercice de familiarisation, pour observer, un lipide, un glucide, un protide, et un minéral.

La matière vivante se caractérise par sa richesse en eau.

Les atomes qui composent la matière constitueront deux grands types de molécules : les molécules organiques et les molécules minérales.

Les grandes catégories de molécules organiques :

•Glucides ( glucose, amidon, cellulose,...) Molécule de glucose (C6H1206)

•Protides ( formés d’acides aminés ; collagène, kératine, insuline,....) Molécule d’alanine (C3H7NO2)

•Lipides ( cholestérol, acides gras) Molécule d’acide oléique (C18H34O2)

•Acides nucléiques ( ADN)

•Vitamines

Les molécules minérales :

•Eau (H2O)

•Minéraux ( Ca, P, Si, K, Na, Cl,…)

La matière vivante est constituée d’éléments chimiques appartenant :

-au monde minéral  (sels minéraux et eau)

-et au monde organique (glucides, lipides, protides).

La matière non vivante est constituée d’éléments chimiques appartenant exclusivement au monde minéral.

La matière vivante se caractérise par sa richesse en eau et en molécules organiques.

Bilan du I] et II] :

•La cellule est l’unité structurale du vivant.

•La membrane plasmique sert de frontière sélective entre le cytoplasme (milieu intra-cellulaire) et le milieu extérieur (milieu extra-cellulaire).

•Cela permet de concentrer des éléments en proportions différentes entre le milieu externe et interne.

•On peut donc former des molécules carbonées (riche en carbone). Les molécules organiques sont communes à tous les êtres vivants. C’est l’unité chimique du vivant (indice supplémentaire de leur parenté).

•La matière organique (formé par les êtres vivants) et l’eau sont les constituants du vivant.

III] Le métabolisme cellulaire. 

1) La mise en évidence du métabolisme cellulaire.

Définition : Le métabolisme est un ensemble de transformations moléculaires et énergétiques (= réactions chimiques) permettant d’assurer toutes les fonctions de la cellule (= entretien, reproduction, synthèse de molécule, etc).

Voir Tp n°2 = Comptage de levure + expérience ExAO.

Au cours de la vie, les cellules se multiplient :

The origin of life / L'origine de la vie

 Bourgeonnement de levures de boulanger

 Au cours du temps les cellules réalisent des réactions chimiques qui leurs permettent, par exemple de se multiplier.

Le nombre de levures augmente, tandis que la quantité de glucose diminue.

2) Transformations chimiques dans les cellules.

Les levures ont besoin d’éléments pour réaliser les réactions chimiques de leur métabolisme.

Ex : glucose C6H12O6 + 02 -> CO2 + H2O + énergie

(les levures respirent !)

La cellule est limitée par la membrane plasmique qui est une surface d’échange avec le milieu extérieur.

La cellule échange avec son milieu de la matière (exemple glucose) et de l’énergie.

Exemple d’une expérience historique :

Pasteur en 1857 a montré que la levure de bière (Saccharomyces cerevisae), un champignon unicellulaire, cultivée à la surface d’une solution de glucose (glucide) bien aérée, se développe abondamment en absorbant de l’oxygène et en rejetant du dioxyde de carbone : la levure RESPIRE.

Lorsque l’on place ces mêmes levures dans un flacon clos contenant également une solution de glucose, les levures après avoir épuisé le peu de dioxygène laissé à leur disposition, FERMENTENT. Cette fermentation se traduit par une consommation de glucose et un dégagement de CO2 et d’alcool (reconnaissable à son odeur).

Le passage de la respiration à la fermentation est réversible : la levure remise en présence d’air (donc de dioxygène) respire de nouveau.

Bilan du III]

Pour fonctionner toutes les cellules réalisent des réactions chimiques, qui se déroulent à l’intérieur des cellules et définissent son métabolisme.

La cellule n’est pas indépendante de son environnement. C’est un espace limité par une membrane à travers laquelle se produisent des échanges d’énergie et de matières indispensables à son métabolisme, à son bon fonctionnement.

Problématique : qu’est ce qui gouverne le métabolisme des cellules ?

IV] L’information génétique.

1) La structure de la molécule d’ADN.

Voir Tp structure de l’ADN

L’ ADN = acide désoxyribonucléique est une molécule organique de très grande dimension (jusqu’à plusieurs centimètres) compactée dans le noyau.

Elle est composée de nucléotides

Elle est présente à l’identique dans toutes les cellules (hormis les cellules reproductrices).

Elle porte l’information génétique.

La molécule d’ADN est composés de nucléotides.

Il existe 4 nucléotides différents A, T, C et G en référence aux composés Adénine, Thymine, Cytosine et Guanine (= bases azotées)

Chaque nucléotide est composé de trois éléments :

     –D’une base azotée (Adénine, Guanine, Thymine, Cytosine)

     –D’un sucre (désoxyribose)

     –D’un groupement phosphate

Ces nucléotides s’enchaînent les uns aux autres pour former deux hélices entrelacées complémentaires : en effet

Nucléotide A toujours associé au nucléotide T, et C toujours associé à G.

La structure de la molécule d’ADN est la même pour tout les être vivants. C’est une preuve supplémentaire de leur parenté.

Ils utilisent tous, des messages universellement codés par une succession de nucléotides de quatre types.

2) Le langage codé de l'ADN.

Définitions : Phénotype : c’est l'état d'un caractère observable chez un organisme vivant (caractère anatomique, morphologique, moléculaire, physiologique, ou comportemental).

Chromosome : constitué de molécules d'ADN. C’est le support de l’information génétique.(Cellules eucaryotes, les chromosomes se trouvent dans le noyau / cellules procaryotes, les chromosomes se trouvent dans le cytoplasme)

Gène : est une séquence d’ADN (succession de nucléotides). C’est une unité d'information génétique.

Au sein d’une même espèce, un chromosome contient plusieurs séquences particulières, codantes pour des caractères héréditaires (exemple : groupe sanguin, couleur des yeux, etc) : ces régions sont les gènes.

Allèles : ce sont différentes versions d'un même gène (ou d'un même locus = endroit ).

La bioluminescence  de la méduse du Pacifique (aequora victoria) est due à une protéine qui après avoir été excitée par de la lumière bleue, émet une lumière verte. Cette protéine est baptisée GFP (Green Florescent Protein).

Des chercheurs on réussi à faire exprimer cette protéine chez d’autres être vivants (animaux et végétaux). -> Modification du métabolisme en modifiant l’ADN de leurs cellules.

Ici on a donc pris un gène codant pour la protéine GFP, que l’on as inséré dans les cellules (dans l’ADN) des souris, qui expriment donc cette protéine, et deviennent ainsi fluorescente.

Définition :La transgénèse est une technique qui consiste à introduire et faire fonctionner dans un organisme un gène provenant d’un autre être vivant, d’une autre espèce ou de la même espèce.

Que déduire de l’expérience ?

– L’universalité du langage de l’ADN explique le succès des expériences de transgénèse. Ceci témoigne est donc un nouvel indice de la parenté des êtres vivants.

– L’information génétique (qui gouverne le métabolisme) est porté par la molécule d’ADN.

3) Information génétique et variation.

Voir DM

•  L’information contenue dans les gènes (portion d’ADN) repose sur la séquence  de nucléotides de l’ADN. L’ordre des nucléotides constitue le message porté par l’ADN.

•  La séquence de nucléotides diffère selon le gène observé. Or chaque gène porte une information différente. L’ordre des nucléotides est donc à l'origine du message porté par l'ADN.

•  Un même gène peut exister sous différentes versions : ce sont les allèles. Les différents allèles présentent des séquences nucléotidiques très proches. Les quelques différences constatées entre allèles sont dues à des processus aléatoires qui modifient la séquence de l’ADN : les mutations.

Conclusion IV

La molécule d’ADN est le support universel de l’information génétique. Elle régule le métabolisme.

La succession ordonnée des nucléotides constitue un message codé qui détermine la réalisation d’un caractère héréditaire.

L’universalité de la molécule d’ADN est un indice de parenté des êtres vivants.