Séance 5 - Comparer les métabolismes autotrophes et hétérotrophes

Introduction

Le métabolisme désigne l’ensemble des transformations biochimiques réalisées par une cellule.

Il varie selon :

le type cellulaire (plante, levure, cellule animale…),
son équipement spécialisé (organites, enzymes),
sa fonction.

Par exemple :

Les cellules autotrophes comme celles du géranium, grâce aux chloroplastes, réalisent la photosynthèse et produisent leur matière organique à partir de CO₂, d’eau et de lumière.
Les cellules hétérotrophes comme les levures, dépourvues de chloroplastes, ne peuvent pas produire leur propre matière organique à partir de CO₂ : elles doivent absorber du glucose et le transformer par respiration ou fermentation dans les mitochondries ou le cytoplasme.

Dans cette séance, vous allez comparer ces deux types de métabolisme à partir des expériences déjà réalisées.

Ressources

Document 1. Observation au microscope électronique à balayage d'une cellule de feuille d'une plante (ex. le géranium).

Document 2. Observation au microscope électronique à balayage d'une levure (organisme constitué d'une seule cellule).

Document 3. Les chloroplastes.

Les chloroplastes sont les organites spécialisés de la photosynthèse. Ils contiennent de nombreuses enzymes, comme la Rubisco (qui fixe le dioxyde de carbone lors du cycle de Calvin) ou l’ATP synthase (qui fabrique de l’ATP grâce à l’énergie lumineuse).

Dans les chloroplastes, les substrats utilisés sont le dioxyde de carbone (CO₂), l’eau (H₂O) et la lumière. Les produits formés sont du glucose (souvent stocké sous forme d’amidon) et du dioxygène (O₂).

Les chloroplastes permettent donc à la cellule végétale de produire sa propre matière organique à partir de matière minérale : c’est la voie autotrophe.

Document 4. Le cytoplasme.

Le cytoplasme est présent dans toutes les cellules (aussi bien chez le géranium que chez la levure). C'est le lieu où se déroule la fermentation, en l’absence de dioxygène. Il contient des enzymes de la glycolyse comme l’hexokinase (= HK) ou la phosphofructokinase (=PFK), mais aussi des enzymes spécifiques comme la pyruvate décarboxylase (= PDC) et l’alcool déshydrogénase (=ADH).

Le substrat utilisé est le glucose, qui est transformé en pyruvate puis dégradé par fermentation. Les produits sont de l’éthanol ou du lactate, du dioxyde de carbone (CO₂) et un peu d’ATP.

La fermentation permet donc à la cellule de produire de l’énergie, mais de manière peu efficace.

Document 5. Les mitochondries.

Les mitochondries sont les organites de la respiration cellulaire. Elles contiennent de nombreuses enzymes du cycle de Krebs (comme la citrate synthase = CS) et de la chaîne respiratoire (par exemple la cytochrome oxydase = COX). L’ATP synthase, présente dans leur membrane interne, fabrique de l’ATP en grande quantité.

Les substrats sont le glucose (ou plus exactement le pyruvate issu de la glycolyse) et le dioxygène (O₂). Les produits sont du dioxyde de carbone (CO₂), de l’eau (H₂O) et une grande quantité d’ATP.

Les mitochondries sont donc de véritables centrales énergétiques, permettant une transformation très efficace de l’énergie contenue dans le glucose.

Consigne (Organiser et structurer des informations)

En utilisant les ressources fournies, compléter un tableau comparatif entre le géranium et la levure.

Vous devez y indiquer pour chacun :
les organites présents,
quelques exemples d’enzymes associées,
les voies métaboliques possibles (photosynthèse, respiration, fermentation).

Autoévaluation

Critères à respecter :

Dans mon tableau, j’ai indiqué correctement les organites présents dans les cellules.
Dans mon tableau, j’ai indiqué les enzymes présentes dans les cellules.
Dans mon tableau, j’ai identifié les voies métaboliques possibles (photosynthèse, respiration, fermentation).
Mon tableau est lisible
Mon tableau est soigné.

Comment se noter :

5 critères respectés → 5/5
4 critères respectés → 4/5
3 critères respectés → 3/5
2 critères respectés → 2/5
1 critère respecté → 1/5

Bilan

5.1 – Des métabolismes différents selon les cellules

Le métabolisme est l’ensemble des transformations biochimiques réalisées par une cellule. Il varie selon :

le type cellulaire,
la fonction de la cellule,
son équipement spécialisé.

5.2 – Le rôle des organites dans les capacités métaboliques

Par exemple :

seules les cellules chlorophylliennes possédant des chloroplastes réalisent la photosynthèse ;
les levures, sans chloroplastes, ne peuvent pas produire de matière organique à partir de CO₂ ; elles doivent absorber du glucose.

Ce sont donc les organites (chloroplastes, mitochondries) et les enzymes présents qui déterminent les voies métaboliques possibles.

5.3 – Une spécialisation fonctionnelle des cellules

Chaque cellule possède un métabolisme propre, adapté à ses besoins et à son rôle. Cette spécialisation permet une diversité des fonctions biologiques chez les êtres vivants.

Quiz de révision

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