Transcript CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL

CBSV en terminale STL
Biotechnologies ou SPCL
Réflexions sur les limites du programme
CBSV en terminale STL
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Cinq thèmes d’étude portant sur les systèmes vivants
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Le programme de la classe terminale complète les quatre thèmes
déjà abordés en classe de première et les prolonge par un
cinquième thème portant sur les systèmes vivants de grande
échelle qui permet d’avoir une vision plus globale sur les enjeux du
monde contemporain et d’amener l’élève à développer une réflexion
citoyenne … Ce dernier thème est un lieu privilégié de
réinvestissement des compétences acquises dans les autres
thèmes.
CBSV en terminale STL
Thème 1 : Les systèmes vivants présentent une organisation
particulière de la matière
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1.6 Les virus sont des systèmes biologiques non cellulaires
Thème 2 : Les systèmes vivants échangent de la matière et de
l'énergie
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2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité et maintiennent leur
intégrité en utilisant des voies métaboliques variées
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2.6. Les voies métaboliques des systèmes vivants sont exploitées
dans les bio-industries
2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité
et maintiennent leur intégrité en utilisant des
voies métaboliques variées
2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité
et maintiennent leur intégrité en utilisant des
voies métaboliques variées
1ère PARTIE : Vision générale sur le métabolisme  Mise en évidence des
échanges  Notion de système ouvert / fermé / isolé
2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité
et maintiennent leur intégrité en utilisant des
voies métaboliques variées
2ème PARTIE : Une transformation chimique est elle toujours totale ?




Vocabulaire : réactif, produit, transformation et réaction chimique,
avancement d’une réaction chimique
+
2B

Équation de la réaction
A
Etat initial (mol)
L’avancement est 0
nA 0
nB 0
0
Etat intermédiaire (mol)
L'avancement est x
nA 0 - x
nB 0 - 2x
x
Etat final (mol)
L'avancement est xf
nA 0 - xf
nB 0 - 2xf
xf
Etude d’une réaction totale (ex : HCl + H2O)
Etude d’une réaction limitée (ex : CH3COOH + H2O)
Synthèse :
C
2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité
et maintiennent leur intégrité en utilisant des
voies métaboliques variées
Constatation
Avancement final xf
Taux d’avancement t
Concentrations des
espèces chimiques à
l’état final
Conséquence pour la
transformation du
système
Transformation totale
Transformation limitée
Le système cesse d’évoluer quand il
a atteint l’avancement maximal.
Le système cesse d’évoluer sans
atteindre l’avancement maximal.
xfinal = xmax
xfinal < xmax
t = xf / xmax avec t = 1
t = xf / xmax avec t < 1
Constantes
- 0 pour le réactif limitant
- maximum pour les produits
Au moins un réactif a été
totalement consommé (le réactif
limitant), donc la réaction
s’arrête par manque de réactif
 plus aucune transformation
Constantes
Réactifs et produits coexistent
avec des concentrations
caractéristiques de l’état d’équilibre
A l’état d’équilibre, les
concentrations en réactifs et
produits sont telles qu’ils se
forment et disparaissent à la
même vitesse :
vsens1 strictement égale et annule vsens-1
 équilibre dynamique
2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité
et maintiennent leur intégrité en utilisant des
voies métaboliques variées
3ème PARTIE : Etude de l’état d’équilibre d’un système chimique fermé
aA + bB


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Notion de quotient de réaction
Qr = [C]c.[D]d / ([A]a.[B]b)
cC + dD
ou
Qr = nCc.nDd / (nAa.nBb)
Constante d’équilibre
Keq = Qr,f = [C]cf.[D]df / ([A]af.[B]bf) ou nfCc.nfDd / (nfAa.nfBb)
Prévision du sens d’évolution d’un système
L’état initial du système peut être caractérisée par le quotient de réaction
initial noté Qr,i :
Qr,i = [C]ci.[D]di / ([A]ai.[B]bi) ou niCc.niDd / (niAa.niBb)
2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité
et maintiennent leur intégrité en utilisant des
voies métaboliques variées
3ème PARTIE : Etude de l’état d’équilibre d’un système chimique fermé
Selon les conc. initiales des espèces chimiques qui constituent le système, 3 cas peuvent se
présenter.
2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité
et maintiennent leur intégrité en utilisant des
voies métaboliques variées
3ème PARTIE : Etude de l’état d’équilibre d’un système chimique fermé
Etude d’un exemple : Réaction estérification / hydrolyse
 Rappel acide carboxylique / alcool / ester / nomenclature
 Mise en évidence de l’état d’équilibre
 Influence des conditions opératoires : T et catalyseur
 Déplacement de l’équilibre en augmentant la quantité de réactif ou en
éliminant le produit formé
Remerciements / Références utilisées :
Documents mis en ligne sur le site UPBM par S Le Compte - Lycée Louise Michel
- Grenoble
2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité
et maintiennent leur intégrité en utilisant des
voies métaboliques variées
2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité
et maintiennent leur intégrité en utilisant des
voies métaboliques variées
4ème PARTIE : Aspect énergétique d’une transformation chimique
Une réaction est favorisée quand la valeur de la constante d’équilibre K(T) est
élevée c’est-à-dire quand l’enthalpie libre standard de la réaction ΔrG° est négative.
Une transformation chimique est favorisée à pH = 7,0 et à 37°C quand l'enthalpie
libre standard de la réaction ΔrG°' est négative.
Problèmes soulevés à la lecture du programme :
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Jusqu‘où doit-on aller dans les définitions : énergie interne U, enthalpie H,
enthalpie libre G, entropie S ?
Faut-il donner et utiliser les relations :
ΔrG° = - RT . ln K ?
ΔrG = ΔrG° + RT . ln Qr,i ?
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Faut-il évoquer le problème de l‘irréversibilité cellulaire lorsque  ΔrG° >
20 kJ.mol-1 ?
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Thème 3 : Les systèmes vivants maintiennent leur intégrité et
leur identité en échangeant de l'information
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3.2 Les systèmes vivants utilisent deux grandes voies de
communication
 La régulation de l’axe gonadotrope et la maitrise de la
procréation
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3.3 Le maintien de l’intégrité de l’organisme par les mécanismes
immuns nécessite la reconnaissance du soi et une coopération
entre les cellules immunocompétentes
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Thème 4 : Les systèmes vivants contiennent, échangent et
utilisent de l'information génétique
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4.2 Le phénotype d’un individu est lié à l’expression de son
génotype
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4.3 La séquence codante d’un gène permet l’expression d’un
caractère via la synthèse d’une protéine
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4.4 L’information génétique est conservée par réplication de l’ADN
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4.5 La reproduction sexuée permet la rencontre de deux
informations génétiques
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4.6 L’ADN est un objet des biotechnologies
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Thème 5 : Des systèmes vivants existent à grande échelle :
écosystèmes et biosphère
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5.1 Les organismes vivants sont divers mais apparentés
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5.2 Le sol et l’agrosystème sont deux écosystèmes de surface
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5.3 La biosphère est une interface entre différentes enveloppes
terrestres

5.4 Les organismes vivants sont utilisés par l’Homme comme
agents de dépollution et de production
CBSV Terminale
Thème 5 : Pistes de réflexion / R.
MITRE
Thème 5 - Des systèmes vivants existent à grande échelle :
écosystèmes et biosphère
Systèmes vivants de grande échelle, la biosphère et ses écosystèmes
participent aux échanges de matière et d’énergie entre différentes
enveloppes terrestres ; la biosphère contribue ainsi au recyclage de la
matière et des éléments qui la constituent.
Les organismes vivants, quant à eux, peuvent être utilisés comme
agents de dépollution ou d’élaboration d’espèces chimiques ; des
procédés sont actuellement exploités à l’échelle industrielle et d’autres
sont encore étudiées à l’état de prototype. Tous s’attachent à résoudre
des problèmes sociétaux et environnementaux.
Des ambitions modestes…
 Seulement 4 chapitres
 Référentiel très court comparativement aux autres
parties du programme
 Grande liberté pédagogique pour aborder le
problème
5.1 Les organismes sont divers mais apparentés
 Notions générales de biodiversité
 Acquérir le vocabulaire adapté : écosystème, biotope,
biocénose
En écologie, un biotope est littéralement un type de lieu de vie défini par
des caractéristiques physiques et chimiques déterminées relativement
uniformes. Ce milieu héberge un ensemble de formes de vie composant la
biocénose: flore, faune, fonge (champignons), et des populations de
micro-organismes.
Biotope + Biocénose = Ecosystème
 Aborder les différentes échelles d’étude de la biodiversité :
habitat, populations, gènes
 Aborder les outils numériques d’évaluation de la biodiversité
(richesse, équitabilité…)
 Faire le lien entre diversité génétique et évolution des espèces
(remodelage chromosomique…)
5.1 Les organismes sont divers mais apparentés
 Explorer un exemple de biodiversité génétique : les antigènes du
CMH
 Construire des arbres phylogénétiques à partir de séquences
d’ADN
 Notion de chronomètre moléculaire, ex ARNr 16S
 Méthodologie de construction : matrice de distances…
 Les outils actuels en ligne fonctionnant à partir des bases de
données internationales : NCBI (National Center for
Biotechnology Information), phylogene.fr
5.2 Sol et agrosystème sont 2 écosystèmes de
surface
5.2 Sol et agrosystème – partie 1
 Développer la notion d’écosytème :
 Ses composantes : biotope et biocénose
 Son fonctionnement en équilibre (à opposer plus tard avec le
fonctionnement de l’agrosystème)
5.2 Sol et agrosystème – partie 1
 Sol : étude des horizons d’une tranche de sol (sortie terrain ?
Rapporter des échantillons pour les TP à venir ?)
 Idées de TP
 Dosage de la matière organique / matière minérale d’un sol
 Etude de la variété des microorganismes présent dans les sols :
exemple des mycètes simple à réaliser (extraction + isolement)
 Documents pour faire le liens avec leurs rôle de décomposeurs
5.2 Sol et agrosystème – partie 1
 Chaîne alimentaire du sol  introduction à la notion de cycle du
carbone de la partie 5.3
 Etude de docs : construire la chaine alimentaire
 Vidéos CNRS
 Sortie terrain
 Synthèse : réseau trophique  fonctionnement cyclique  cycle de
la matière  système en équilibre fragile
5.2 Sol et agrosystème – partie 2
 Agrosystème = écosystème maintenu en déséquilibre par l’activité
humaine
 Apports d’intrants (engrais, pesticides…)
 Sorties de matière organique = culture à forte valeur ajoutée
recherchée
 Appauvrissement du milieu
 Épuisement des sols
 Appauvrissement de la biodiversité  une seule espèce
majoritaire en général
 Ressources: bilans agricoles, études de populations dans un
champs vs une prairie ?
 Elargissement possible à d’autres écosystèmes : aquatique
 lien avec épuration 5.4
5.3 La biosphère est une interface entre
différentes enveloppes terrestres
 Vocabulaire : biosphère, atmosphère, lithosphère, hydrosphère
 Rôle des microorganismes décomposeurs (liens avec
microorganismes du sol…)
 Bactéries nitrifiantes (nitritation + nitratation)
 Fixation N2 par associations symbiotiques (nodules) ou cellules
spécialisées (cyanobactéries), données de recherche ou de
bouquins, nitrogénase, stratégies…
5.3 La biosphère est une interface entre
différentes enveloppes terrestres
 Construire des cycles simples avec les principaux concepts :
assimilation, transferts, dissimilation, flux
 Exploiter des cycles déjà tout fait et mettre en évidence
l’importance des microorganismes dans ces cycles de la matière
5.4 Les organismes vivants sont utilisés par
l’Homme…
 Montrer que les connaissances acquises sur les métabolismes
permettent d’exploiter des travailleurs bon marché
 Epuration des eaux usées = exploitation de l’autoépuration naturelle
des milieux de manière intensive
 Avantages : naturel, coûts réduits…
 Limites : molécules artificielles…
 Même concept général que écosystème vs. agrosystème
5.4 Les organismes vivants sont utilisés par
l’Homme…
 TP : observation de la faune épuratoire de boues activées, retrouver
la chaîne alimentaire aquatique, faire le lien entre disparition de la
pollution organique et croissance de la biomasse (boues)
 Digesteurs de boues : boues  biogaz (H2 + CH4) à partir de
métabolismes anaérobies contrôlés
5.4 Les organismes vivants sont utilisés par
l’Homme…
 Biocarburants : microalgues productrices de lipides
 Similitude de structure entre un hydrocarbure et un acide gras estérifié
 Microalgues autotrophes  rentable, mais éthique ? Les mêmes algues
sont utilisées au Mexique comme source de protéines végétales pour
l’alimentation humaine…