Diapos à présenter : quelques animaux replacés sur un arbre évolutif.

L’observation d’un arbre évolutif représente l’hypothèse d’une origine commune des êtres vivants.

Problème général : Comment retrouver les arguments qui confortent l’hypothèse émise par les scientifiques sur l’origine commune des êtres vivants (unité et diversité du vivant) ?

Hypothèse(s) :

H1 : Les êtres vivants se ressemblent morphologiquement.
H2 : Les êtres vivants ont tous des cellules.
H3 : Les êtres vivants ont en commun la molécule d’ADN.

INTRODUCTION

Les êtres vivants sont constitués de cellules. Parfois, un organisme peut correspondre à une seule cellule. Pour se développer, les cellules ont des besoins nutritifs.

Problème 1 : Quels sont les besoins nutritifs des cellules ?

I – Les besoins nutritifs des cellules

Hypothèse(s) : Les cellules ont besoin de matière organique, d’eau, de matière minérale, de lumière.

Si les cellules ont besoin de tous ces éléments nutritifs, alors des cellules privées d’un de ces éléments ne doivent plus se développer.

Activité : Exercice sur la conception d’un protocole expérimental pour tester cette hypothèse.

--> Pistes d'exploitations : variation d'un seul paramètre, détermination de l'expérience témoin...

Activité : Comptage des cellules sous microscope grâce à une lame KOVA (fiche d'utilisation).

--> Pistes d'exploitations : utilisation du microscope, conclusion sur les résultats, interprétations...

Métabolisme : ensemble des réactions chimiques sui conduisent à la synthèse et à la dégradation des molécules organiques.

Les chlorelles ont un métabolisme autotrophe :

Eau + Matière minérale du milieu --> Matière organique de la cellule

Les levures ont un métabolisme hétérotrophe :

Eau + Matière organique du milieu --> Matière organique de la cellule

Question : Existe-t-il une relation entre le type de métabolisme et la structure cellulaire ?

II – La relation entre la structure et le type de métabolisme

A/ L'observation des cellules

Activité : Observation microscopique de cellule d’élodée et de cellules buccales.

--> Pistes d'exploitations : utilisation du microscope, réalisation du dessin...

Documents 5b page 187 + 2a p 188 + B3 page 193 Belin : Autres types de cellules.

Les cellules d’oignon et de triton possèdent également un noyau, un cytoplasme et une membrane plasmique. Les cellules d’oignon possède en plus une vacuole (propre aux végétaux) et une paroi.

Eucaryote : cellule ou organisme dont le matériel génétique est contenu dans un noyau.
Procaryote : cellule ou organisme dont le matériel génétique n’est pas contenu dans un noyau.

Problème 2 : Où a lieu le métabolisme dans la cellule ?

B/ La localisation du métabolisme dans la cellule

Pour localiser le métabolisme, on marque radioactivement le carbone incorporé dans la matière organique néosynthétisée. Les résultats de l’autoradiographie peuvent être superposés sur la photographie d’une cellule grâce à un transparent. On constate que le carbone est incorporé dans l’amidon contenu dans les chloroplastes, pour la cellule végétale chlorophyllienne.

Autoradiographie de cellule d’élodée (In Belin)

Problème 3 : Comment connaître la structure responsable de l’autotrophie ?

C/ La structure responsable de l'autotrophie

Activité : Exercice pour découvrir la structure responsable de l’autotrophie.

--> Pistes d'exploitations : comparaison des structures cellulaires dans une cellule autotrophe et hétérotrophe pour en déduire la structure présente uniquement dans la cellule autotrophe permettant l'autotrohie...

Transition : La respiration cellulaire fait partie du métabolisme (= réaction de dégradation).

Respiration cellulaire : dégradation de matière organique (glucides, lipides, protides) en molécules minérales (H2O, CO2 et autres éléments). Cette dégradation nécessite du dioxygène prélevé dans le milieu.

L’activité cellulaire peut « se résumer » au métabolisme et à la reproduction.

Problème 4 : Comment sont contrôlées les activités cellulaires ?

III – Le contrôle des activités cellulaires

A/ Le contrôle du métabolisme

Hypothèse(s) :

H1 : Les activités cellulaires (comme la respiration) sont sous le contrôle d’un programme génétique.
H2 : Les activités cellulaires sont sous le contrôle nerveux.
H3 : Les activités cellulaires sont sous le contrôle du milieu.

Si la respiration est sous le contrôle d’un programme génétique, alors en modifiant le programme génétique, on doit modifier la respiration cellulaire.

Activité : Mesure de la respiration de souche normale et mutante de Saccharomyces cerevisiae.

--> Pistes d'exploitations : aanotations des courbes imprimées, analyses, interprétations...

La modification du programme génétique engendre un dysfonctionnement dans le métabolisme cellulaire. Le métabolisme est donc sous contrôle d’un programme génétique. L’hypothèse selon laquelle les activités cellulaires (comme la respiration) sont sous le contrôle d’un programme génétique est acceptée.

Par ailleurs, quelques soient les conditions du milieu, les levures conservent toujours un métabolisme hétérotrophe. L’hypothèse selon laquelle les activités cellulaires sont sous le contrôle du milieu n’est pas acceptée (exception : euglène).
De même, des impulsions électriques imposées des levures ne modifient pas le type de métabolisme. L’hypothèse selon laquelle les activités cellulaires sont sous le contrôle nerveux n’est pas acceptée.

B/ Le contrôle de la division cellulaire

Activité : Schéma à compléter.

Les modalités de division cellulaire (bourgeonnement, division fissipare) sont transmises de génération en génération. La transmission est dite héréditaire et obéit à un programme génétique. Les cellules conservent également leurs organites ainsi que leur caractères morphologiques.

Activité : Construction collective d’un schéma bilan.

Métabolisme hétérotrophe	Métabolisme autotrophe

(PG : Programme génétique / MO : Matière organique)

CONCLUSION

Tous les êtres vivants sont constitués de cellules qui ont des besoins nutritifs différents même si elles présentent des similitudes morphologiques et structurales.

Retrouve-t-on ces similitudes au niveau de l’information génétique ?