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BIOTECHNOLOGIES T erminale STL-Biotechnologies « LES BIOINDUSTRIES » LES AGRO-

BIOTECHNOLOGIES T erminale STL-Biotechnologies « LES BIOINDUSTRIES » LES AGRO- CARBURANTS DOMAINE / THÈME Les Bioindustries / Agro-carburants REPÈRE DANS L ’ANNÉE Avril / Mai PRÉ-REQUIS AT n°1 :  Savoir effectuer un dénombrement direct en cellule de Malassez.  Savoir réaliser expérimentalement un suivi de croissance bactérienne en milieu non renouvelé et exploiter une courbe de croissance pour en déduire les paramètres cinétiques.  Être capable de réaliser le dosage d’une substance d’intérêt avec étalon. AT n°2 :  Connaître la structure de l’ADN bicaténaire.  Connaître le mécanisme de la réplication de l'ADN.  Savoir que des modifications du patrimoine génétique d’un organisme permettent de lui conférer de nouvelles potentialités.  Savoir pipeter des microvolumes.  Savoir analyser les risques d’altération du matériel biologique.  Savoir prendre des mesures adéquates de protection du matériel biologique. OBJECTIFS AT1 AT n°1 : Suivi de fermentation et de production d’éthanol (3 séances) Problématique : « La mélasse de la betterave sucrière est-elle utilisable par la levure comme milieu de culture pour produire de l’éthanol ? »  Mettre en œuvre une technique de génie fermentaire.  Mettre en œuvre un suivi de fermentation en conditions anaérobies par des levures et étudier l’influence de substrats différents sur le rendement de la production d’éthanol.  Mettre en forme et traiter les données et résultats expérimentaux bruts collectés, lors du suivi de croissance de Saccharomyces cerevisiae, dans le cadre de la problématique définie : la mélasse est- elle un bon milieu de culture pour produire de l’éthanol ?  Veiller à la mise en œuvre des procédures de sécurité liées aux activités de microbiologie et biochimiques. Lycée STANISLAS – Villers-Lès-Nancy BIARDEAU – DEMOUSSEAU – HAZART – PELLERIN BIOTECHNOLOGIES T erminale STL-Biotechnologies OBJECTIFS AT2 AT n°2 : Mise en évidence d’un gène d’intérêt dans le génome de Saccharomyces cerevisiae (2 séances) Situation : « Des levures ont été modifiées génétiquement par insertion d’un gène leur permettant de produire correctement de l’éthanol en présence des fortes teneurs en substances non glucidiques, présentes dans la mélasse. Le but est de vérifier la présence de ce gène. »  Maîtriser la réalisation d’une PCR.  Identifier le rôle des différentes molécules impliquées (ADN matrice, amorces, enzyme, nucléotides).  Analyser les résultats après électrophorèse d’un amplifiat.  Appliquer les bonnes pratiques de laboratoire. DÉMARCHE  Investigation pour la mise en place de la problématique.  Déductive pour l’analyse des résultats. DURÉE Introduction : 45 minutes. AT n°1 : Séance 1 (3h) + Séance 2 (4h) + Séance 3 (1h) AT n°2 : Séance 4 (3h) + Séance 5 (1h) En groupe à effectif réduit Salle équipée pour la microbiologie + salle de biologie moléculaire Lycée STANISLAS – Villers-Lès-Nancy BIARDEAU – DEMOUSSEAU – HAZART – PELLERIN BIOTECHNOLOGIES T erminale STL-Biotechnologies Lycée STANISLAS – Villers-Lès-Nancy BIARDEAU – DEMOUSSEAU – HAZART – PELLERIN BIOTECHNOLOGIES T erminale STL-Biotechnologies « LES BIOINDUSTRIES : LES AGRO- CARBURANTS » INTRODUCTION FICHE DE PRÉSENTATION DE LA SÉANCE D'INTRODUCTION TEMPS CONTENUS ACTIVITÉS PRINCIPALES DE L ’ENSEIGNANT ACTIVITÉS PRINCIPALES DE L ’ÉLÈVE 15 minutes Mise en place d’une situation permettant de déboucher sur la problématique :  Cible l’attention des élèves.  Oriente la discussion : - toutes les stations-services possèdent-elles des pompes à bioéthanol ? - quelle est l’intérêt de ce produit ?  Observation de la photo.  Discussion sur l’intérêt du produit : Le bioéthanol commence à jouer un rôle de plus en plus important en tant que source d’énergie en remplacement des produits pétroliers. 15 minutes Présentation de la réaction de fermentation réalisée par Saccharomyces cerevisiae pour produire du bioéthanol à partir de saccharose.  Explique comment le bioéthanol est produit.  Oriente la discussion : Où trouver une source carbonée telle que le saccharose, renouvelable, disponible en grande quantité et bon marché ? Écoute.  Réflexion / Recherche d’idées. HYPOTHÈSE : La mélasse de la betterave sucrière est-elle utilisable par la levure comme milieu de culture pour produire de l’éthanol ? 15 minutes  Oriente la discussion : - comment vérifier cette hypothèse ?  Recherche d'idées. MISE EN COMMUN DES PROPOSITIONS RETENUES : Étudier la croissance de saccharomyces cerevisiae en présence de saccharose seul Lycée STANISLAS – Villers-Lès-Nancy BIARDEAU – DEMOUSSEAU – HAZART – PELLERIN BIOTECHNOLOGIES T erminale STL-Biotechnologies et sur mélasse (= mélange d’oses, de dérivés d’oses et de substances non glucidiques) brute et plus ou moins purifiée. Comparer les productions de biomasse et d’éthanol. Lycée STANISLAS – Villers-Lès-Nancy BIARDEAU – DEMOUSSEAU – HAZART – PELLERIN BIOTECHNOLOGIES T erminale STL-Biotechnologies « LES BIOINDUSTRIES : LES AGRO-ARBURANTS » PRODUCTION D’ÉTHANOL PAR Saccharomyces cerevisiae EN FERMENTEUR, ET ÉTUDE DE L ’INFLUENCE DU MILIEU DE CUL TURE SUR LA FERMENTATION ALCOOLIQUE POINTS CONNUS ET MAÎTRISÉS NOTIONS THÉORIQUES TECHNIQUES MICROBIOLOGIQUES ET BIOCHIMIQUES - Culture en milieu non renouvelé et culture continue. - Suivi de croissance bactérienne et détermination des paramètres cinétiques. - Cinétique d’une réaction enzymatique. - Utilisation des enzymes en biochimie analytique. - Procédures de sécurité inhérentes aux manipulations en milieu stérile. - Dénombrement en hématimètre. - Dénombrement en surface par étalement. - Suivi turbidimétrique de la croissance bactérienne. - Dosage enzymatique de substrats - Méthode en point final. POINTS RENFORCÉS PAR L ’AT Autonomie du travail : - Organiser au sein d’une équipe son travail. - Mettre en œuvre de nouvelles techniques microbiologiques et biochimiques. - Utiliser la documentation disponible. Techniques microbiologiques : - Utilisation d’un biofermenteur. - Dénombrement par la méthode des spots. - Traitement et exploitation informatiques de données expérimentales. Techniques biochimiques : - Dosage enzymatique de l’éthanol Lycée STANISLAS – Villers-Lès-Nancy BIARDEAU – DEMOUSSEAU – HAZART – PELLERIN BIOTECHNOLOGIES T erminale STL-Biotechnologies POINTS ÉVALUÉS Compétences évaluées A / EA / NA Note Organiser son poste de travail 1.1 Organiser correctement son poste et son temps de travail * /2 1.2 Ranger correctement son poste de travail * /1 Mettre en œuvre des techniques de génie fermentaire 2.1 Préparation du biofermenteur et stérilisation /0,5 2.2 Suivi correct des indicateurs de croissance (mesure de densité optique) /2 2.3 T ransfert stérile du milieu de culture dans la cuve fermentaire après autoclavage /0,5 Mettre en œuvre une technique de dosage de l’éthanol produit au cours de la fermentation alcoolique 3.1 Autonomie de la réalisation /0,5 3.2 Réponse adaptée aux aléas de mise en œuvre /1 Mettre en œuvre des techniques de dénombrement (par méthode des spots ou par hématimètre) 4.1 Préparer ou ajuster soigneusement une dilution en série* /1 4.2 Ensemencer convenablement des milieux Sabouraud lors d’un dénombrement en surface ou réaliser une mise en hématimètre.* /2 4.3 Bonne conformité des résultats liés au dénombrement /2 Analyser, interpréter et présenter les résultats expérimentaux 5.1 Mise en forme exploitable des données et résultats (tableaux réalisés par informatique, graphes complets)* /3 5.2 T raitement correct des données (calcul de concentrations microbiennes, de concentrations massiques d’éthanol) /2 5.3 Etablir une liste de matériel* /0,5 5.4 Pertinence de l’interprétation et des conclusions /2 Notation en tout ou rien* A, acquis / EA, en cours d’acquisition / NA, non acquis Sécurité : Bonus : /20 Lycée STANISLAS – Villers-Lès-Nancy BIARDEAU – DEMOUSSEAU – HAZART – PELLERIN BIOTECHNOLOGIES T erminale STL-Biotechnologies « LES BIOINDUSTRIES : LES AGRO-ARBURANTS » PRODUCTION D’ÉTHANOL PAR Saccharomyces cerevisiae EN FERMENTEUR, ET ÉTUDE DE L ’INFLUENCE DU MILIEU DE CUL TURE SUR LA FERMENTATION ALCOOLIQUE Introduction : Les fermenteurs et leurs applications : Le domaine des biotechnologies utilise les capacités de synthèse des micro-organismes à produire industriellement de nombreuses substances. Les applications sont diverses : production de médicaments, de vaccins, d’additifs alimentaires, d’insecticides biologiques, de levures de boulangerie. Une application plus répandue ces dernières années, concerne la valorisation des déchets, telle que la mélasse produite à partir de la betterave sucrière. Le but de notre étude est :  de montrer que des levures, telles que Saccharomyces cerevisiae, sont capables de se multiplier en utilisant ces déchets ;  de montrer l’influence de la présence ou non d’impuretés ou de produits non glucidiques dans la mélasse, sur la croissance de Saccharomyces cerevisiae ;  de montrer l’influence de la présence ou non d’impuretés ou de produits non glucidiques dans la mélasse, sur la production de produits finaux obtenus, tel que le bioéthanol, formés au cours de la fermentation alcoolique. Le procédé batch, ou culture discontinue : Ce procédé utilisé pour ces travaux pratiques, présente un même volume de milieu de culture. On parle également de milieu non renouvelé. Les micro-organismes s’y multiplient (augmentation de la population cellulaire) et y accumulent leurs produits. Le milieu est ensuite retiré du fermenteur pour subir les traitements visant à la purification des substances recherchées (dans notre cas, le bioéthanol). Il y a arrêt du fermenteur entre chaque culture d’où le terme batch. Les activités expérimentales proposées sont organisées en 3 séances : - Lors de la première séance, les élèves se répartissent par groupe de 4. Le groupe travaille avec un milieu de culture à base de saccharose pure, de mélasse plus ou moins composée d’impuretés ou de mélasse brute (MS, M20, M40, MB). - Lors de la deuxième séance, uploads/Science et Technologie/ scenarri-terminale-biocarburant-def.pdf