CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

29
CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme

Transcript of CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

Page 1: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

CBSV en terminale STLBiotechnologies ou SPCL

Réflexions sur les limites du programme

Page 2: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

CBSV en terminale STL

Cinq thèmes d’étude portant sur les systèmes vivants

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.

Page 3: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

CBSV en terminale STL

Thème 1 : Les systèmes vivants présentent une organisationparticulière de la matière

1.6 Les virus sont des systèmes biologiques non cellulaires

Thème 2 : Les systèmes vivants échangent de la matière et de l'énergie

2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité et maintiennent leur intégrité en utilisant des voies métaboliques variées

2.6. Les voies métaboliques des systèmes vivants sont exploitées dans les bio-industries

Page 4: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité et maintiennent leur intégrité en utilisant des voies métaboliques variées

Page 5: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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

Page 6: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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

Etude d’une réaction totale (ex : HCl + H2O)

Etude d’une réaction limitée (ex : CH3COOH + H2O) Synthèse :

Équation de la réaction A + 2B C

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

Page 7: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité et maintiennent leur intégrité en utilisant des voies métaboliques variées

Transformation totale Transformation limitée

Constatation Le système cesse d’évoluer quand il

a atteint l’avancement maximal.Le système cesse d’évoluer sans atteindre l’avancement maximal.

Avancement final xf xfinal = xmax xfinal < xmax

Taux d’avancement  = xf / xmax avec = 1 = xf / xmax avec < 1

Concentrations des espèces chimiques à l’état final

Constantes- 0 pour le réactif limitant- maximum pour les produits

ConstantesRéactifs et produits coexistent avec des concentrations caractéristiques de l’état d’équilibre

Conséquence pour la transformation du système

Au moins un réactif a été totalement consommé (le réactif

limitant), donc la réaction s’arrête par manque de réactif plus aucune transformation

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

Page 8: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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

a A + b B c C + d D

Notion de quotient de réaction

Qr = [C]c.[D]d / ([A]a.[B]b) ou Qr = nCc.nD

d / (nAa.nB

b)

Constante d’équilibre

Keq = Qr,f = [C]cf.[D]d

f / ([A]af.[B]b

f) ou nfCc.nfD

d / (nfAa.nfB

b)

Prévision du sens d’évolution d’un systèmeL’état initial du système peut être caractérisée par le quotient de réaction initial noté Qr,i :

Qr,i = [C]ci.[D]d

i / ([A]ai.[B]b

i) ou niCc.niD

d / (niAa.niB

b)

Page 9: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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.

Page 10: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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

Page 11: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité et maintiennent leur intégrité en utilisant des voies métaboliques variées

Page 12: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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 : 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 ?

Faut-il évoquer le problème de l‘irréversibilité cellulaire lorsque ΔrG° > 20 kJ.mol-1 ?

Page 13: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

CBSV en terminale STL

Thème 3 : Les systèmes vivants maintiennent leur intégrité et leur identité en échangeant de l'information

3.2 Les systèmes vivants utilisent deux grandes voies de communication

La régulation de l’axe gonadotrope et la maitrise de la procréation

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

Page 14: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

CBSV en terminale STL

Thème 4 : Les systèmes vivants contiennent, échangent et utilisent de l'information génétique

4.2 Le phénotype d’un individu est lié à l’expression de son génotype

4.3 La séquence codante d’un gène permet l’expression d’un caractère via la synthèse d’une protéine

4.4 L’information génétique est conservée par réplication de l’ADN

4.5 La reproduction sexuée permet la rencontre de deux informations génétiques

4.6 L’ADN est un objet des biotechnologies

Page 15: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

CBSV en terminale STL

Thème 5 : Des systèmes vivants existent à grande échelle : écosystèmes et biosphère

5.1 Les organismes vivants sont divers mais apparentés

5.2 Le sol et l’agrosystème sont deux écosystèmes de surface

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

Page 16: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

CBSV TerminaleThème 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.

Page 17: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

Des ambitions modestes…

Seulement 4 chapitres

Référentiel très court comparativement aux autres parties du programme

Grande liberté pédagogique pour aborder le problème

Page 18: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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

Page 19: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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

5.1 Les organismes sont divers mais apparentés

Page 20: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

5.2 Sol et agrosystème sont 2 écosystèmes de surface

Page 21: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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

Page 22: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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

Page 23: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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 1

Page 24: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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

Page 25: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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…

Page 26: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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

Page 27: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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

Page 28: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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

Page 29: CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL Réflexions sur les limites du programme.

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…