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Document 1:  Tous les organismes sont composés de cellules, en effet la cellul

Document 1:  Tous les organismes sont composés de cellules, en effet la cellule est l’unité structurale fondamentale de tous les êtres vivants. Une cellule est constituée d’un cytoplasme limité par une membrane appelée membrane cytoplasmique. Dans le cytoplasme on trouve généralement un noyau et d’autres constituants de la cellule appelés organites cellulaires (comme la mitochondrie, le réticulum, l’appareil de Golgi…).  La figure suivante représente la structure d’une cellule végétale et celle d’une cellule animale. Document 2:  L’ATP (Adénosine triphosphate) est une molécule universelle riche en énergie (elle a été mise en évidence dans toutes les cellules animales, végétales et bactériennes).  L’ATP est formée d’une molécule d’adénosine liée à trois groupements phosphates (figure 1). La molécule d’adénosine est composée d’un pentose (le ribose) et d’une base organique azotée (l’adénine).  Deux réactions chimiques réversibles caractérisent l’ATP (figure 2):  La synthèse de l’ATP par phosphorylation de l’ADP (Adénosine diphosphate). Il s’agit d’une réaction catalysée par l’enzyme ATPsynthase, et qui nécessite un apport important d’énergie qui sera stockée dans la molécule d’ATP.  L’hydrolyse de l’ATP : cette réaction catalysée par l’enzyme ATPase libère l’énergie chimique stockée dans la molécule d’ATP. L’énergie libérée devient disponible pour les réactions consommatrices d’énergie. Document 3:  Pour mettre en évidence les voies métaboliques qui permettent aux cellules d’avoir l’énergie nécessaire aux différentes activités cellulaires, on propose l’étude des résultats de quelques expériences :  Première expérience: La levure de bière est un champignon formé d'une seule cellule ovoïde, elle s'observe facilement au microscope (figure 1). On réalise une manipulation dont les étapes sont les suivantes :  On place des levures dans un milieu de culture aéré (oxygéné) mais dépourvue de nutriments pendant deux jours, le but est que les cellules consomment tous les réserves cytoplasmiques.  Le milieu de culture (qui contient des cellules de en levures suspension) est placé dans un montage EXAO qui permet la mesure des concentrations d’O2 et de CO2 dans le milieu de culture (figure 2).  Au temps t, on injecte dans le milieu de culture une solution de glucose à 50 g/l  La figure 3 montre le graphique qui apparait sur l’écran de l’ordinateur lié au montage EXAO. 1. À partir des données du graphique de la figure 3, décrivez la variation des concentrations de l’O2 et du CO2.  D’autres mesures ont montré qu’à la fin de cette première expérience : la quantité du glucose a diminué; la température du milieu de culture a augmenté; la masse de la levure a considérablement augmenté et il y a plus d’eau produite que d’eau consommée. 2. Interprétez ces résultats. 3. À partir des données précédentes, déterminez la voie métabolique utilisée par les cellules de la levure de bière pour obtenir l’énergie nécessaire à leur développement dans cette première expérience.  Deuxième expérience: On place une suspension de cellules de levure de bière dans un récipient hermétique avec du glucose et très peu d’O2. Un montage EXAO permet de mesurer les différents produits présents dans le récipient. Les résultats de cette deuxième expérience sont présentés par le graphique de la figure 4 (L’éthanol est un alcool qui provient de la décomposition du glucose). D’autre part, des mesures effectuées au début et à la fin de l’expérience ont montré une légère augmentation de la masse des levures. 4. Analysez et interprétez les données de la figure 4. Déduisez la ou les voies métaboliques utilisées par les cellules de la levure de bière dans cette deuxième expérience.  Troisième expérience: La figure 5 montre l’observation au microscope électronique d’une cellule de levure de bière ayant séjourné dans un milieu aérobie (cellule A), et d’une autre ayant séjourné dans un milieu anaérobie (cellule B). 5. À partir de la comparaison de la cellule A avec la cellule B, déterminez l’organite cellulaire qui peut être impliqué dans la production d’énergie en milieu aérobie. Document 4:  Les couples redox NAD+/NADH+H+ et FAD/FADH2 jouent un rôle important dans les réactions de libération de l’énergie emmagasinée dans les substances organiques. Ce sont des transporteurs d’énergie sous forme d’électron e- et de protons H+, ainsi ces molécules passent continuellement de la forme réduite à la forme oxydée et l’inverse selon les réactions suivantes: Pour simplifier on écrit ces réactions comme suit : Document 5: Première étape : Formation du fructose diphosphate avec consommation d’énergie. Le glucose fixe un groupement phosphate issue de l’hydrolyse d’une molécule d’ATP et devient glucose phosphate. Ce dernier fixe lui aussi un groupement phosphate issue de l’hydrolyse d’une molécule d’ATP et se transforme en fructose diphosphate. Deuxième étape : Formation de l’acide glycérique diphosphate. La molécule du fructose diphosphate se scinde en deux molécules d’un sucre en C3 appelé glycéraldéhyde phosphate. Chaque molécule de ce sucre fixe un groupement phosphate et subit une oxydation, elle libère des e- et de H+ qui sont fixés par une molécule de NAD+, celle-ci est réduite en NADH+H+. A la suite de ces réaction le glycéraldéhyde phosphate se transforme en acide glycérique diphosphate. Troisième étape : Synthèse de l’ATP et formation de l’acide pyruvique Chaque molécule l’acide glycérique diphosphate cède ses deux groupements phosphates à deux molécules d’ADP. Il en résulte la synthèse de quatre molécules d’ATP et la transformation de l’acide glycérique diphosphate en acide pyruvique. Document 6:  Pour mettre en évidence le rôle des mitochondries dans la respiration cellulaire, on propose les données suivantes :  Première donnée : La figure 1 représente les étapes de l’isolement des mitochondries à partir de cellules animales :  Un broyage mécanique permet la séparation des différents constituants des cellules d’un fragment de foie placé dans une solution de glucose.  Une première centrifugation (5 min à 900 G) permet d’isoler les noyaux.  Une deuxième centrifugation (10 min à 10 000 G) permet d’isoler les mitochondries.  Deuxième donnée : On réalise une expérience dont les étapes sont les suivantes :  Au temps t0, une suspension de mitochondries (isolées à partir de cellules de foie) est placée dans l’enceinte riche en O2 d’un réacteur Biocell (appareil permettant la réalisation des expériences de biologie cellulaire).  On ajoute du glucose à la suspension au temps t1 et de l’acide pyruvique au temps t2.  On suit l’évolution de la concentration d’O2 sur l’écran d’un ordinateur relié au réacteur Biocell. Les résultats sont traduits par le graphe de la figure 2. 1. À partir du graphe de la figure 2, décrivez l’évolution de la concentration d’O2, puis déduisez la nature du métabolite énergétique utilisé par les mitochondries.  Troisième donnée : On place une suspension de mitochondries dans une solution nutritive riche en O2. On ajoute à la solution, du glucose au temps t1, de l’acide pyruvique au temps t2 et l’ADP + Pi au temps t3. Le graphe de la figure 3 présente l’évolution de la concentration d’O2 et de l’ATP tout au long de cette expérience. 2. Déterminez le rôle des mitochondries dans la respiration cellulaire à partir de l’analyse des données de la figure 3. Document 7: Figure 1: Mitochondrie observée au microscope électronique Figure 2: Structure moléculaire des membranes de la mitochondrie Figure 3: Quelques caractéristiques de la mitochondrie Parties de la mitochondrie Quelques caractéristiques Membrane externe - Composée de 40% à 50% de lipides et de 50% à 60% de protéines. - Structure comparable à celle de la membrane cytoplasmique. Membrane interne - Grande surface grâce aux crêtes. - Composée de 20% de lipides et 80% de protéines parmi lesquelles : + des complexes enzymatiques et des transporteurs d’e- qui forment la chaine respiratoire ; + les sphères pédonculées qui jouent le rôle d’ATP synthétases. Matrice - Absence du glucose et présence de l’acide pyruvique, de l’ATP, de l’ADP et du Pi. - Présence des transporteurs des e- et des H+ (Les couples NAD+/NADH+H+ et FAD/FADH2). - Présence d’enzymes variées comme les décarboxylases et les déshydrogénases. + Les décarboxylases catalysent la décarboxylation : réaction chimique au cours de laquelle une molécule de CO2 est libérée à partir d'une molécule organique portant un groupement carboxyle COOH. + Les déshydrogénases catalysent la déshydrogénation : réaction d’oxydation d’une substance organique par enlèvement d'un ou plusieurs H+ qui seront fixés par un accepteur (comme le NAD+ ou le FAD). Document 8:  Pour déterminer le devenir de l’acide pyruvique (pyruvate) au niveau des mitochondries, on cultive des cellules animales dans un milieu riche en O2 et contenant du glucose marqué par le carbone radioactif 14C. L’observation d’échantillons de cellules cultivées à différents temps a mis en évidence l’apparition de nouvelles substances radioactives. Le tableau ci-contre montre la localisation et la concentration de ces substances radioactives en fonction du temps. 1. Déterminer le devenir du pyruvate au niveau des mitochondries à partir de l’analyse des données du tableau. Temps Milieu extracellulaire Milieu intracellulaire Cytoplasme Mitochondrie T0 G+++ T1 G+ G++ T2 a.P++ a.P+ T3 a.P+++ et a.K+ T4 CO2 + a.K+++ - G : glucose - a.P : acide pyruvique ou pyruvate - a.K : acides du cycle de Krebs Le uploads/Geographie/liberation-de-l-energie-emmagasinee-dans-la-matiere-organique-documents-1-1.pdf