Partie 1 : Energie et cellule vivante TS Spé SVT

Devoir n°1 – Spécialité SVT – 16 octobre 2015

Les voies métaboliques chez les levuresLes cellules sont des structures qui réalisent en permanence des échanges de matière et d'énergie avec leur environnement.Ces échanges sont indispensables aux différentes activités de la cellule, comme les synthèses moléculaires et les divisions.Différentes voies métaboliques permettent aux cellules de fournir l'énergie nécessaire à ces activités, comme le montrent lesdocuments ci-dessous, basés sur l'exemple des Levures.

Document 1 : Culture de deux souches de levures

Document 2 : Etude des mitochondries Document 3 : Comparaison de l'activitémétabolique des deux souches de levures

TS Spécialité SVT; édition Bordas 2012

Partie 1 : Energie et cellule vivante TS Spé SVT

Document 4 : Evolution de la concentration en ATP d'une solution de mitochondries

Document 5 : Evolution de la concentration en O2 dans des solution de levuresLes levures des souches P et G sont placées dans un milieu de culture, dans lequel on mesure l'évolution de laquantité de dioxygène avant et après injection de glucose dans le milieu.Les résultats obtenus sont présentés ci-dessous :

Levures souche G Levures souche P

• Expliquez comment le développement des colonies de levures P et G peut s'expliquerpar le type de métabolisme utilisé par chaque souche de levures.

Votre réponse s’appuiera sur l’exploitation du dossier et vos connaissances lorsqu'elles sontnécessaires. Aucune étude complète des documents n’est attendue.

Évolution de la concentration en ATP en fonction du temps dans une suspension de mitochondries, en absence de dioxygène, puis après ajout de dioxygène.

Partie 1 : Energie et cellule vivante TS Spé SVT

DS 1 : les voies métaboliques chez les levures correction

Expliquez comment le développement des colonies de levures P et G peut s'expliquer par le type de métabolismeutilisé par chaque souche de levures.

Éléments de correction

Éléments scientifiques issus des documents ou des connaissances

Interprétations

Problématique Comment expliquer les caractéristiques de développement de deux souches de levures par leurmétabolisme ?

Quelles sont les caractéristiques du développement des deux souches de levures G et P ?

Doc 1 : Culture de deux souches de levures

-le développement des souches G est beaucoup plus important que celui des souches P (1) ;

comme le milieu de culture est identique,le développement plus important dessouches G est donc lié à une spécificitémétabolique de ces souches par rapportaux souches P.

Existe-t-il des particularités cellulaires et métaboliques pour chaque souche de levures ?

Doc 2 : Etude des mitochondries

- les souches G possèdent plus de mitochondries que lessouches P et les mitochondries présentent des crêtesmitochondriales bien développées par rapport à celles dessouches P (2) ;- nous savons que les mitochondries sont les organitescellulaires spécialisés dans la réalisation de deux étapesmajeures de la respiration cellulaire ; les réactions de lachaîne respiratoire qui produisent l'essentiel de l'énergie seréalisent dans les crêtes mitochondriales (1) ;

Compte-tenu du rôle des mitochondriesdans le métabolisme respiratoire, lesécarts de développement constatés entreles deux souches P et G pourraient avoirpour origine les différences indiquées auniveau de leurs mitochondries

Doc 3 : comparaison de l'activité métabolique

- seules les souches G deviennent rouges, donc possèdentdu formazan, c'est-à-dire du triphényl-tétralozium à l'étatréduit (3) ; les souches P ne sont pas rouges (4) ;- nous savons que l'O2 est l'oxydant naturel intervenantcomme accepteur final d'électrons dans la chaînerespiratoire qui est localisée dans les crêtes mitochondriales(2) ;

donc seules les souches G sont capablesd'utiliser cette substance comme oxydantqui remplace l'O2; donc, dans lesconditions naturelles, l'O2 doit servird'oxydant terminal dans la chaînerespiratoire chez ces levures; en revanche,l'O2 ne doit pas intervenir chez lessouches P qui n'ont pas produit deformazan.

Doc 5 : évolutionde la concentration enO2 dans les solutions de levures

- les levures de la souche G consomment une quantité trèsimportante d'O2 après l'injection de glucose (5) ;- la consommation d'O2 par les levures de la souche P restetrès faible et n'est pas modifiée après l'injection de glucose(6)- nous savons que la consommation du glucose au cours dela respiration nécessite l'utilisation d'O2, ce qui n'est pas lecas au cours de la fermentation (3) ;

la très forte consommation d'O2 par leslevures G indique que ces dernièresdoivent utiliser le métabolismerespiratoire (7) ce qui n'est pas le cas deslevures P qui doivent donc utiliser lafermentation (8).

Comment ces différences métaboliques peuvent-elles expliquer ces différences de développement ?

Doc 4 : évolutionde la concentration enATP

- la production d'ATP dans une solution de mitochondries estnulle en absence d'O2; en revanche, elle atteint 40 UA avecde l'O2 (9)- nous savons que la multiplication cellulaire est une activitéqui a besoin d'un apport d'énergie en particulier sous laforme d'ATP (4) ;- nous savons également que la prodution d'ATP est bcpplus importante lors de la respiration que lors de lafermentation (5) ;

donc la présence d'O2 et son utilisationpar les levures G au cours de larespiration, permet la production d'uneimportante quantité d'ATP, conduisant àun fort développement des levures G(10) ; ce qui n'est pas le cas chez leslevures P qui utilisent la fermentation etproduisent donc peu d'ATP (11).

Partie 1 : Energie et cellule vivante TS Spé SVT

Bilan : mise en relation des informations pour répondre à la problématique.

La différence de développement entre les deux souches de levures peut être mise en relation avec le métabolisme des souches car les conditions environnementales sont identiques (document 1) :- pour les levures G, les caractéristiques des mitochondries (nombreuses et bien développées) d'une part et du métabolisme (utilisation d'un oxydant terminal, forte consommation d'O2 et forte production d'ATPen présence d'O2) nous indiquent que cette souche pratique la voie de la respiration.- pour les levures P, les caractéristiques des mitochondries (rares et sans crêtes mitochondriales) et du métabolisme (pas d'utilisation d'un accepteur final d'électron, faible consommation d'O2), nous indiquent qu'elles n'utilisent pas la voie de la respiration ; elles doivent donc utiliser la voie de la fermentation.Or nous savons que la respiration produit beaucoup plus de molécule d'ATP que la fermentation (36 molécules d'ATP par molécule de glucose consommée contre 2 molécules / molécule de glucose). Cette différence de voie métabolique conduit donc à une production d'énergie plus importante chez les levures G que chez les levures P favorisant ainsi un développement beaucoup plus important des souchesG que des souches P.

Barème

Qualité de la démarcheDémarche cohérente Démarche maladroite

Pas de démarche oudémarche

incohérente

Eléments scientifiques tirés des documents et issus des connaissances

Suffisantsdans lesdeuxdomaines

Suffisants pour undomaine et moyendans l'autre oumoyen dans les deux

Suffisants pour undomaine et moyendans l'autre oumoyen dans les deux

Moyens dans l'undes domaines etinsuffisant dansl'autre

Insuffisantsdans les deuxdomaines

Rien

Note 5 4 3 2 1 0

• Démarche Critères de réussite : compréhension du problème posé ; énoncé du problème posé ; extraction d'informationspertinentes ; apport de connaissances pertinentes ; mise en relation des informations tirées des documents et desconnaissances ; mise en œuvre d'un raisonnement rigoureux ; esprit critique ; bilan clair

- la démarche est jugée cohérente si les idées sont correctement organisées, avec des arguments quis'enchaînent de façon convaincante et une bonne intégration des informations et des connaissances ;

- la démarche est jugée maladroite si l'organisation attendue n'est que partielle ou alors réussie que surune partie limitée de la copie ;

- la démarche est jugée incohérente ou absente si la réponse se limite à une juxtaposition d'éléments sanslogique.

• Eléménts scientifiquesLes éléments scientifiques sont jugés suffisants si la compréhension globale est présente et si au moins 8 élémentsscientifiques tirés des documents (sur les 11) sont présents et au moins 4 éléments sont apportés par lesconnaissances (sur les 5).

Compréhension globale : les levures G disposent de mitochondries nombreuses et fonctionnelles leur permettantd'utiliser le métabolisme respiratoire qui assure une forte production d'énergie permettant un développementimportant de la colonie ; en revanche, les mitochondries des levures P ne permettent pas la réalisation de larespiration ; elles réalisent donc la fermentation donc la faible production d'énergie explique le développementlimité de la colonie.