La consommation de la matière organique et flux d'Energie
Les végétaux chlorophylliens utilisent l’énergie lumineuse pour synthétiser la matière organique à partir de la matière minérale ( eau, dioxyde de carbone et sels minéraux ). Alors que les êtres vivants hétérotrophes consomment la matière organique pour fabriquer leurs constituants et libérer de l’énergie ( ATP ) nécessaire à leurs activités.
- Quelles sont les réactions chimiques responsables de la libération de l’énergie emmagasinée dans la matière organique au niveau de la cellule ?
- Comment cette énergie intervient dans le mécanisme de contraction musculaire ?
Les réactions chimiques responsables de la libération de l’énergie emmagasinée dans la matière organique au niveau de la cellule
Pour déterminer les voies métaboliques qui fournissent l’énergie nécessaire à la cellule, on propose les données suivantes :
- Les levures (champignons unicellulaires) sont intéressantes expérimentalement car elles peuvent vivre dans un milieu anaérobie (absence de dioxygène), ou un milieu aérobie ( présence de dioxygène ).
- Dans deux milieux de culture de même volume, contenant de l’eau et du glucose, on ajoute une même quantité de levure.
Ces deux milieux sont placés quelques jours dans des conditions favorables identiques, sauf que le milieu 1 aérobie alors que le milieu 2 anaérobie.
Le document 1 : présente une observation des levures au microscope optique en début d’expérience.
Le document 2 : présente les résultats au bout de quelques jours de culture
Le milieu 1
Le milieu 2
http://195.221.140.203/svt/levures.htm
Le document 3 : présente l’évolution de la quantité de glucose dans les deux milieux
Le nombre de signes (+) est proportionnel à la quantité de glucose.
Le document 4 : présente l’évolution de quelques éléments dans les deux milieux
Le document 5 : montre les cellules de levures observées au microscope électronique (schématique) dans chaque milieu.
1 – A partir de l’exploitation des documents 1 et 2,
a – Décrire l’évolution de la population de levures dans chaque milieu.
b – Proposer une explication à ces observations.
2 – En exploitant les documents 3 et 4:
a – Décrire les variations des différents éléments dans chaque milieu.
b – Interpréter ces résultats.
3 – Déduire la voie métabolique utilisée par les levures dans chaque milieu. Proposer une définition à chaque voie métabolique.
4 – A partir du document 5, comparer la cellule de la levure dans les deux milieux et déduire le type de métabolisme en relation avec les mitochondries ( organites cellulaires ).
1- a – En début d’expérience, l’observation microscopique des deux milieux ( document 1 ) montre la même densité de cellules de levures réparties dans les deux milieux. En fin d’expérience ( document 2 ), on constate que dans le milieu aérobie, le nombre de levures a considérablement augmenté par rapport au nombre initial. Tandis que dans le milieu anaérobie, le nombre des levures n’a pas beaucoup augmenté.
b – On peut interpréter ces résultats en disant que, en présence de dioxygène, les levures se sont abondamment multipliées en bénéficiant d’énergie plus importante. En absence de dioxygène, les levures se sont peu multipliées, car elles disposent de moins d’énergie pour assurer leur croissance et leur multiplication.
2 – a – On observe une diminution de la quantité de glucose dans les deux milieux ( document 3 ). Et consommation du dioxygène et libération du dioxyde de carbone dans le milieu aérobie, tandis que dans le milieu anaérobie ( document 4 ), il y a libération du dioxyde de carbone et de l’éthanol.
b – On peut interpréter ces résultats par le fait que dans les conditions aérobies, les cellules de levures, dégradent le glucose en consommant le dioxygène, libérant le dioxyde de carbone et en produisant une importante quantité d’énergie qui est utilisée par les levures pour se multiplier. En condition anaérobie, il y a une dégradation incomplète du glucose par les levures et libération d’un déchet organique ( l’éthanol ), du CO2 et une faible production d’énergie qui conduit à la faible multiplication du nombre des levures.
3 – Dans le milieu 1 (aérobie) : les levures utilisent la respiration, ce métabolisme sert à produire de l’énergie. Dans le milieu 2 ( anaérobie ) : les levures utilisent la fermentation alcoolique comme métabolisme pour produire de l’énergie.
- La respiration est une voie métabolique qui consiste en la dégradation totale d’un métabolite (glucose) en présence d’O2 et production d’énergie. Dans le cas du glucose, la réaction globale est:
C6H12O2 + 6O2 —–> 6CO2 + 6H2O + Energie (importante)
- La fermentation est une voie métabolique qui consiste en la dégradation partielle d’un métabolite (glucose) en absence d’O2 et production d’énergie. Dans le cas du glucose, la réaction globale est:
C6H12O2 —–> 2CO2 + 2C2H5OH + Energie (faible)
4 -Le document 5 montre que les cellules qui respirent possèdent des mitochondries en nombre et taille importantes en comparaison avec celles qui fermentent. Ceci montre que les mitochondries sont en effet les organites respiratoires de la cellule.
Évaluation 1 :
Évaluation 2 :
Des levures sont mises en culture. On mesure la concentration de différentes molécules au cours du temps, avant et après l’injection de glucose. Les résultats sont indiqués dans le graphe ci-dessous.
D’après les résultats expérimentaux présentés dans le graphe ci-dessus, répondez aux questions du Quiz.