Thème 1 : La Terre, la vie et l’organisation du vivant

Chap 1 : L’organisation fonctionnelle du vivant Vidéo création bactérie artificielle (Taper cellule artificielle sur google vidéos) Des chercheurs ont réussi à créer une cellule artificielle à partir d’une bactérie et d’un ADN artificiel. Pour fabriquer des êtres vivants, il faut connaitre comment ils sont organisés et comment ils fonctionnent.

Pb : comment sont organisés les êtres vivants ? Il faut une ou plusieurs cellules Défi : construction d’un être vivant unicellulaire ou pluricellulaire (animal ou végétal) Stratégie : observation d’êtres vivants naturels Unicellulaire : le blob Pluricellulaire animal : homme Pluricellulaire végétal : Elodée I Niveaux d’organisation des êtres vivants A Les cellules et leurs fonctions

1) Les caractéristiques des cellules TP : voir compte rendu Sanaé, Amine et Sarah Sabah https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u A savoir :

Points communs : membrane, cytoplasme, noyau Différences : paroi, vacuole et chloroplaste en plus chez les végétaux

2° Les fonctions des cellules TP : voir compte rendu Aurélia et Chloé et Jade https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u -Les organismes unicellulaires sont des organismes composés d'une seule cellule, à la différence des organismes multicellulaires. Cette appellation regroupe diverses formes de vie, notamment les bactéries, les archées, les protistes et les levures. -Un organisme pluricellulaire , ou multicellulaire, est formé de plusieurs cellules différenciées. Les animaux, les plantes sont des organismes multicellulaires, s'opposant aux organismes monocellulaires ou unicellulaires comme les bactéries, ou acellulaires comme les virus. Un être monocellulaire peut accomplir plusieurs actions. Dans le cas du blob il peut :

• Se déplacer • Manger • Acquérir des connaissances et les retransmettre • Fusionner

Mais contrairement à l’être monocellulaire , l’être multicellulaire est composé de plusieurs cellules ayant toute une seule fonction prédéfinie . Ex 1 : Tissu musculaire composé de cellules capables de se contracter mais pas de digérer,

de capter la lumière.

Ex 2 : tissu végétal de feuille capable de faire de la photosynthèse

Chez les organismes unicellulaires, toutes les fonctions sont assurées par une seule cellule. Chez les organismes pluricellulaires, les organes sont constitués de cellules spécialisées formant des tissus, et assurant des fonctions particulières.

B Le tissu assemblage de cellules spécialisées Pb : Quel est sa taille, la taille de ses cellules, de ses molécules ? Les cellules sont organisées en tissus. Pb : comment les cellules sont elles maintenues solidaires ? 1° Organismes, cellules, molécules et tailles (http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0081-1

Niveau

1 :

entité

fondamentale

de la matière

3 Groupe

d’atomes liés

par des liaisons

chimiques

2

Petit élément

situé dans le

cytoplasme des

cellules

4 Unité de base

de tout être

vivant

6 : ensemble

de cellules

assurant la

même

fonction.

5 être

vivant

Ordre de

grandeur

nm

μm

10 μm

cm

m

Définition

Atomes molécules organite Cellule organe organisme

Préfixe Symbole Ordre de grandeur

déci d 10−1 : un dixième

centi c 10−2 : un centième

milli m 10−3 : un millième

micro μ 10–6 : un millionième

nano n 10–9 : un milliardième

pico p 10–12 : un billionième

2° la matrice extracellulaire TP : voir compte rendu Younès et Cyprien, Massinissa et Abdelfateh https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u Les cellules d’un organisme pluricellulaires forment des tissus en étant maintenues solidaires grâce à des molécules d’adhérence constituant la matrice extracellulaire.

Matrice extracellulaire des animaux Matrice extracellulaire des végétaux Elle est composée de protéines diverses formant un réseau complexe à l’extérieur des cellules. Ces protéines sont fabriquées par les cellules elles-mêmes. Cette matrice possède de nombreux rôles, dont l’adhérence des cellules entre elles, la communication entre cellules et leur protection.

Elle constitue la paroi végétale. De nombreuses molécules la constituent. Cette paroi joue un rôle dans l’adhérence des cellules entre elles, leur protection mais aussi c’est elle qui confère la rigidité aux plantes (qui n’ont pas de squelette !)

II Les cellules et leur information génétiqueUn être vivant a besoin d’une information génétique. Or l’information génétique est contenue dans l’ADN sous forme de gène.

fabriquent pas la protéine et restent donc sombres.Il faut savoir que cette propriété de fluorescence est présente dans méduses de l'atlantique nord. Le génie des chercheurs en génétique a été de transférer un gène de méduse à la souris ... ... au fait les méduses aimentRappel : chaque chromosome est constitué d’ADN et

A Découverte de la molécule d’ADN TP : Voir compte rendus Baya, Christie et Simon, Esteban et Nolanhttps://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u

information génétique une information génétique. Or l’information génétique est contenue

dans l’ADN sous forme de gène. Lucie la petite souris verte Lucie n'est pas une souris comme les autres : chaque cellule de son organisme fabrique une protéine fluorescente verte ( fluorescent protein en anglais). Cette fonction ne modifie en aucune manière la vie de Lucie qui est surement la souris la plus heureuse de toute l'Université de Limoges. Cette propriété singulière est mise en évidence lorsqu'on éclaire Lucie pendant un court instant par unelampe ultraviolette (356 nm). La peau de Lucie apparait alors jaune fluorescent. Ses poils par contre qui sont des cellules mortes ne

fabriquent pas la protéine et restent donc sombres. Il faut savoir que cette propriété de fluorescence est présente dans la nature chez certaines méduses de l'atlantique nord. Le génie des chercheurs en génétique a été de transférer un gène de méduse à la souris ... ... au fait les méduses aiment-t-elles le fromage à trous ?

: chaque chromosome est constitué d’ADN et contient de nombreux gènes. On constate qu’il est possible de modifier les caractères (la couleur du corps) d’un individu (souris) par introduction dans son organisme d’un gène (fragment d’ADN) d’un autre individu appartenant à une autre espèce (méduse) par transgénèse L’information génétique est donc contenue dans l’ADN et la structure de cette molécule est universelle

A Découverte de la molécule d’ADN

Voir compte rendus Baya, Christie et Simon, Esteban et Nolan https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u

une information génétique. Or l’information génétique est contenue

Lucie n'est pas une souris comme les autres : chaque cellule de son organisme fabrique une protéine fluorescente verte ( GFP : green

en anglais). Cette fonction ne modifie en aucune manière la vie de Lucie qui est surement la souris la plus heureuse de toute l'Université de Limoges. Cette propriété singulière est mise en évidence lorsqu'on éclaire Lucie pendant un court instant par une lampe ultraviolette (356 nm). La peau de Lucie apparait alors jaune fluorescent. Ses poils par contre qui sont des cellules mortes ne

la nature chez certaines méduses de l'atlantique nord. Le génie des chercheurs en génétique a été de transférer un gène

elles le fromage à trous ? contient de nombreux gènes.

On constate qu’il est possible de modifier les caractères (la couleur du corps) d’un individu (souris) par introduction dans son organisme d’un gène (fragment d’ADN) d’un autre individu

espèce (méduse) par

L’information génétique est donc contenue dans l’ADN et la structure de cette molécule est

ADN Signifie acide désoxyribonucléique, et constitue la molécule support de l'information génétique héréditaire L’ADN est constitué de deux chaînes enroulées l’une autour de l’autre en une double hélice. Chaque chaîne est composée d’une succession de nucléotides qui sont un assemblage de trois molécules : un groupement phosphate, un sucre (désoxyribose) et une base azotée. Il existe 3 nucléotides (A pour Adénine,T pour Thymine ,C pour Cytosine, G pour Guanine

Nous pouvons donc constater que les nucléotides vont toujours deux par deux: on dit qu’ils sont complémentaires A et complémentaire de T et G de C ◄La molécule d’ADN Un nucléotide :▼

B L’information génétique des cellules spécialisées 1° : L’information génétique L’ADN est constitué de nucléotides et constitue un message responsable des caractères de la cellule. Pb : dans l’ADN, en quoi consiste le message ? Hyp : la suite (séquence) des bases constitue le message. TP : voir compte rendu : Inès A et Anton, Emilie et Inès H https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u 2° : la spécialisation des cellules Les cellules d’un organisme pluricellulaire sont spécialisées. Pb : comment l’information génétique de l’ADN confère à une cellule sa spécialisation ? Lorsqu’on change l’ordre des bases, le message est modifié. Le message est donc bien constitué par la séquence des bases ou des nucléotides. ATT TCG TTT n’a pas la même signification que ATTT AGTTT TAAA GCAAA TAAATCAAA C La spécialisation génétique des cellules Les cellules d’un organisme pluricellulaire sont spécialisées. Pb : comment l’information génétique de l’ADN confère à une cellule sa spécialisation ?

Document 1 : De la cellule œuf à l’adulte, la même information génétique

L’ADN est contenu dans les chromosomes Document 2 : La spécialisation génétique des cellules Doc 2a : Cartographie très simplifiée du génome humain. En 1990, le projet génome humain a permis le séquençage complet de l’ADN de l’espèce humaine. Un peu plus de 21000 gènes ont été identifiés. Quelque soit la cellule étudiée, on retrouve les mêmes gènes localisés aux mêmes endroits sur les chromosomes. Document 2b : Deux cellules spécialisées. Globule rouge observé au microscope : cellule

spécialisée dans

le transport des

gaz respiratoires

et dont le

cytoplasme est

très riche en

hémoglobine

Observation de pancréas au

microscope : Seules les cellules

beta dont le noyau apparait en

bleu sur la photo ci-dessous

sécrètent de l’insuline dans

l’organisme

Le gène de l’insuline est situé sur le

chromosome 11

Toutes les cellules d’un organisme sont issues d’une cellule unique à l’origine de cet organisme par division cellulaire. Elles possèdent toutes initialement la même information génétique organisée en gènes constitués d’ADN (acide désoxyribonucléique). Cependant, les cellules spécialisées n’expriment qu’une partie de l’ADN. III le fonctionnement des cellules Un être vivant a besoin de se nourrir et de produire de l’énergie pour vivre.

Pb : quels sont les mécanismes permettant aux êtres vivants de se nourrir et de produire de l’énergie ? Hyp : respiration, photosynthèse A Les métabolismes Le métabolisme est l’ensemble des réactions chimiques qui ont lieu dans la cellule 1° la respiration TP : voir compte rendu Mehdi et David, Eléa https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u Respiration cellulaire = réaction chimique qui permet une production d’énergie. La respiration cellulaire est une dégradation du glucose en présence d'oxygène, permettant une libération totale de son énergie. Au cours de la respiration, le glucose, servant d'aliment, est consommé en présence d'oxygène dans les cellules. glucose + 02 CO2 + Energie Le glucose provenant de l’alimentation, on dit que les cellules qui respirent sont hétérotrophes (elles sont obligées de puiser leur énergie d’autres êtres vivants consommés) Toutes les cellules sont capables de faire de la respiration 2° la photosynthèse TP voir compte rendus Pierre et Raphael, Gabrielle et Nour https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u La photosynthèse c’est un processus par lequel les plantes vertes synthétisent des matières organiques (amidon) grâce à l'énergie lumineuse, en absorbant le gaz carbonique de l'air et en rejetant l'oxygène. CO2 + H20 Amidon + O2 Elles n’ont pas besoin de consommer de matière organique. Elles sont autotrophes. Schéma des métabolismes hétérotrophe et autotrophe

B L’équipement des cellules spécialisées

Pb : Pour réaliser leur métabolisme permettant à l’organisme d’assurer ses fonctions, de quoi ont besoin les cellules ? TP : voir compte rendus Chahineze et Nihade, Iris et Camélia https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u Hyp : Organite et enzymes Les enzymes sont des molécules de nature protéique (protéines) qui accelèrent les réactions biochimiques dans la cellule.

Hyp : elles ont besoin d’enzymes TP : cellules et enzymes Objectif : A partir du matériel proposé, proposer une expérience permettant de montrer que pour réaliser un métabolisme, les cellules possèdent des enzymes spécifiques de leur fonction. On démontrera que des organes de plantes différentes possèdent ou non de la peroxydase. Matériel : navet, pomme de terre, pomme, H202 La peroxydase est une enzyme qui dégrade l’H202 en eau. Réactif : Une solution de gaïacol + H2O2. La peroxydase transforme le gaiacol en quaiaquinone de couleur brune en présence d’H2O2 Protocole de secours : les tissus contenant de la peroxydase vont apparaître colorés en brun-rose tandis que ceux n'en contenant pas garderont leur couleur originale.

On constate que tous les organes ne se colorent pas en brun avec la solution de Gaiacol, H202. Seuls certaines cellules possèdent l’enzyme permettant de réaliser la transformation biochimique. Les métabolismes dépendent donc des organites (chloroplastes ou mitochondries) et de macromolécules les enzymes de la cellule. Conclusion : Les êtres vivants échangent de la matière et de l’énergie avec leur environnement (milieu, autre organisme). Les voies métaboliques sont interconnectées par les molécules intermédiaires des métabolismes.

Schéma des échanges de matière et d’énergie entre les êtres vivants

Cahier de texte : Thème 1 : La Terre, la vie et l’organisation du vivant

Chap 1 : L’organisation fonctionnelle du vivant

Vidéo création bactérie artificielle (Taper cellule artificielle sur google vidéos) Des chercheurs ont réussi à créer une cellule artificielle à partir d’une bactérie et d’un ADN artificiel. Pour fabriquer des êtres vivants, il faut connaitre comment ils sont organisés et comment ils fonctionnent.

Pb : comment sont organisés les êtres vivants ? Il faut une ou plusieurs cellules Défi : construction d’un être vivant unicellulaire ou pluricellulaire (animal ou végétal) Stratégie : observation d’êtres vivants naturels I Niveaux d’organisation des êtres vivants A Les cellules et leurs fonctions

2) Les caractéristiques des cellules TP : voir compte rendu Sanaé, Amine et Sarah Sabah https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u Points communs : membrane, cytoplasme, noyau Différences : paroi, vacuole et chloroplaste en plus chez les végétaux 2° Les fonctions des cellules TP : voir compte rendu Aurélia et Chloé et Jade https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u -Les organismes unicellulaires sont des organismes composés d'une seule cellule, à la différence des organismes multicellulaires. Cette appellation regroupe diverses formes de vie, notamment les bactéries, les archées, les protistes et les levures. -Un organisme pluricellulaire , ou multicellulaire, est formé de plusieurs cellules différenciées. Les animaux, les plantes sont des organismes multicellulaires, s'opposant aux organismes monocellulaires ou unicellulaires comme les bactéries, ou acellulaires comme les virus. Un être monocellulaire peut accomplir plusieurs actions. Dans le cas du blob il peut :

• Se déplacer • Manger • Acquérir des connaissances et les retransmettre • Fusionner

Mais contrairement à l’être monocellulaire, l’être multicellulaire est composé de plusieurs cellules ayant toute une seule fonction prédéfinie. Chez les organismes unicellulaires, toutes les fonctions sont assurées par une seule cellule. Chez les organismes pluricellulaires, les organes sont constitués de cellules spécialisées formant des tissus, et assurant des fonctions particulières.

B Le tissu assemblage de cellules spécialisées Pb : Quel est sa taille, la taille de ses cellules, de ses molécules ? Les cellules sont organisées en tissus. Pb : comment les cellules sont elles maintenues solidaires ? 1° Organismes, cellules, molécules et tailles http://www.biologieenflash.net/animation.php?ref=bio-0081-1

2° la matrice extracellulaire TP : voir compte rendu Younès et Cyprien, Massinissa et Abdelfateh https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u Les cellules d’un organisme pluricellulaires forment des tissus en étant maintenues solidaires grâce à des molécules d’adhérence constituant la matrice extracellulaire. II Les cellules et leur information génétique Un être vivant a besoin d’une information génétique. Or l’information génétique est contenue dans l’ADN sous forme de gène.

On constate qu’il est possible de modifier les caractères (la couleur du corps) d’un individu (souris) par introduction dans son organisme d’un gène (fragment d’ADN) d’un autre individu appartenant à une autre espèce (méduse) par transgénèse L’information génétique est donc contenue dans l’ADN et la structure de cette molécule est universelle A Découverte de la molécule d’ADN TP : Voir compte rendus Baya, Christie et Simon, Esteban et Nolan https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u ADN Signifie acide désoxyribonucléique, et constitue la molécule support de l'information génétique héréditaire L’ADN est constitué de deux chaînes enroulées l’une autour de l’autre en une double hélice. Chaque chaîne est composée d’une succession de nucléotides qui sont un assemblage de trois molécules : un groupement phosphate, un sucre (désoxyribose) et une base azotée. Il existe 3 nucléotides (A pour Adénine,T pour Thymine ,C pour Cytosine, G pour Guanine Nous pouvons donc constater que les nucléotides vont toujours deux par deux: on dit qu’ils sont complémentaires A et complémentaire de T et G de C. B L’information génétique des cellules spécialisées 1° : L’information génétique L’ADN est constitué de nucléotides et constitue un message responsable des caractères de la cellule. Pb : dans l’ADN, en quoi consiste le message ? Hyp : la suite (séquence) des bases constitue le message. TP : voir compte rendu : Inès A et Anton, Emilie et Inès H https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u 2° : la spécialisation des cellules Les cellules d’un organisme pluricellulaire sont spécialisées. Pb : comment l’information génétique de l’ADN confère à une cellule sa spécialisation ? Lorsqu’on change l’ordre des bases, le message est modifié. Le message est donc bien constitué par la séquence des bases ou des nucléotides. ATT TCG TTT n’a pas la même signification que ATTT AGTTT TAAA GCAAA TAAATCAAA C La spécialisation génétique des cellules Les cellules d’un organisme pluricellulaire sont spécialisées. Pb : comment l’information génétique de l’ADN confère à une cellule sa spécialisation ? Document 1 : De la cellule œuf à l’adulte, la même information génétique L’ADN est contenu dans les chromosomes Document 2 : La spécialisation génétique des cellules Doc 2a : Cartographie très simplifiée du génome humain. En 1990, le projet génome humain a permis le séquençage complet de l’ADN de l’espèce humaine. Un peu plus de 21000 gènes ont été identifiés. Quelque soit la cellule étudiée, on retrouve les mêmes gènes localisés aux mêmes endroits sur les chromosomes. Document 2b : Deux cellules spécialisées. Toutes les cellules d’un organisme sont issues d’une cellule unique à l’origine de cet organisme par division cellulaire. Elles possèdent toutes initialement la même information génétique organisée en gènes constitués d’ADN (acide désoxyribonucléique). Cependant, les cellules spécialisées n’expriment qu’une partie de l’ADN. III le fonctionnement des cellules Un être vivant a besoin de se nourrir et de produire de l’énergie pour vivre. Pb : quels sont les mécanismes permettant aux êtres vivants de se nourrir et de produire de l’énergie ? Hyp : respiration, photosynthèse

A Les métabolismes Le métabolisme est l’ensemble des réactions chimiques qui ont lieu dans la cellule 1° la respiration TP : voir compte rendu Mehdi et David, Eléa https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u Respiration cellulaire = réaction chimique qui permet une production d’énergie. La respiration cellulaire est une dégradation du glucose en présence d'oxygène, permettant une libération totale de son énergie. Au cours de la respiration, le glucose, servant d'aliment, est consommé en présence d'oxygène dans les cellules. glucose + 02 CO2 + Energie Le glucose provenant de l’alimentation, on dit que les cellules qui respirent sont hétérotrophes (elles sont obligées de puiser leur énergie d’autres êtres vivants consommés) Toutes les cellules sont capables de faire de la respiration 2° la photosynthèse TP voir compte rendus Pierre et Raphael, Gabrielle et Nour https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u La photosynthèse c’est un processus par lequel les plantes vertes synthétisent des matières organiques (amidon) grâce à l'énergie lumineuse, en absorbant le gaz carbonique de l'air et en rejetant l'oxygène. CO2 + H20 Amidon + O2 Elles n’ont pas besoin de consommer de matière organique. Elles sont autotrophes. Schéma des métabolismes hétérotrophe et autotrophe B L’équipement des cellules spécialisées Pb : Pour réaliser leur métabolisme permettant à l’organisme d’assurer ses fonctions, de quoi ont besoin les cellules ? TP : voir compte rendus Chahineze et Nihade, Iris et Camélia https://padlet.com/labosvtpasteur/b6y3e70b2t4u Hyp : Organite et enzymes Les enzymes sont des molécules de nature protéique (protéines) qui accelèrent les réactions biochimiques dans la cellule. Hyp : elles ont besoin d’enzymes TP : cellules et enzymes Objectif : A partir du matériel proposé, proposer une expérience permettant de montrer que pour réaliser un métabolisme, les cellules possèdent des enzymes spécifiques de leur fonction. On démontrera que des organes de plantes différentes possèdent ou non de la peroxydase. Matériel : navet, pomme de terre, pomme, H202 La peroxydase est une enzyme qui dégrade l’H202 en eau. Réactif : Une solution de gaïacol + H2O2. La peroxydase transforme le gaiacol en quaiaquinone de couleur brune en présence d’H2O2 Protocole de secours : les tissus contenant de la peroxydase vont apparaître colorés en brun-rose tandis que ceux n'en contenant pas garderont leur couleur originale. On constate que tous les organes ne se colorent pas en brun avec la solution de Gaiacol, H202. Seuls certaines cellules possèdent l’enzyme permettant de réaliser la transformation biochimique. Les métabolismes dépendent donc des organites (chloroplastes ou mitochondries) et de macromolécules les enzymes de la cellule. Conclusion : Les êtres vivants échangent de la matière et de l’énergie avec leur environnement (milieu, autre organisme). Les voies métaboliques sont interconnectées par les molécules intermédiaires des métabolismes.

Schéma des échanges de matière et d’énergie entre les êtres vivants