CBSV en terminale STL Biotechnologies ou SPCL

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

• Cinq thèmes détude 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 davoir une vision plus globale sur les
  enjeux du monde contemporain et damener lélève
  à développer une réflexion citoyenne Ce dernier
  thème est un lieu privilégié de réinvestissement
  des compétences acquises dans les autres thèmes.

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CBSV en terminale STL

• Thème 1 Les systèmes vivants présentent une
  organisation
• particulière 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

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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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2.5. 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

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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 dune réaction
  chimique
• Etude dune réaction totale (ex HCl H2O)
• Etude dune réaction limitée (ex CH3COOH H2O)
• Synthèse

Équation de la réaction A 2B ? C A 2B ? C A 2B ? C
Etat initial (mol) Lavancement 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
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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 dévoluer quand il a atteint lavancement maximal. Le système cesse dévoluer sans atteindre lavancement maximal.
Avancement final xf xfinal xmax xfinal lt xmax
Taux davancement t t xf / xmax avec t 1 t xf / xmax avec t lt 1
Concentrations des espèces chimiques à létat final Constantes - 0 pour le réactif limitant - maximum pour les produits Constantes Réactifs et produits coexistent avec des concentrations caractéristiques de létat déquilibre
Conséquence pour la transformation du système Au moins un réactif a été totalement consommé (le réactif limitant), donc la réaction sarrête par manque de réactif ? plus aucune transformation A létat déquilibre, les concentrations en réactifs et produits sont telles quils se forment et disparaissent à la même vitesse  vsens1 strictement égale et annule vsens-1 ? équilibre dynamique
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2.5. Les systèmes vivants assurent leur activité
et maintiennent leur intégrité en utilisant des
voies métaboliques variées

• 3ème PARTIE Etude de létat déquilibre dun
  système chimique fermé
• a A b B c C d D
• Notion de quotient de réaction
• Qr Cc.Dd / (Aa.Bb) ou Qr
  nCc.nDd / (nAa.nBb)
• Constante déquilibre
• Keq Qr,f Ccf.Ddf / (Aaf.Bbf) ou
  nfCc.nfDd / (nfAa.nfBb)
• Prévision du sens dévolution dun système
• Létat initial du système peut être caractérisée
  par le quotient de réaction initial noté Qr,i 
  
• Qr,i Cci.Ddi / (Aai.Bbi) ou
  niCc.niDd / (niAa.niBb)

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

• 3ème PARTIE Etude de létat déquilibre dun
  système chimique fermé
• Selon les conc. initiales des espèces chimiques
  qui constituent le système, 3 cas peuvent se
• présenter.

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

• 3ème PARTIE Etude de létat déquilibre dun
  système chimique fermé
• Etude dun exemple Réaction estérification /
  hydrolyse
• Rappel acide carboxylique / alcool / ester /
  nomenclature
• Mise en évidence de létat déquilibre
• Influence des conditions opératoires T et
  catalyseur
• Déplacement de léquilibre 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

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

• 4ème PARTIE Aspect énergétique dune
  transformation chimique
• Une réaction est favorisée quand la valeur de la
  constante déquilibre K(T) est
• élevée cest-à-dire quand lenthalpie libre
  standard de la réaction ?rG est négative.
• Une transformation chimique est favorisée à pH
  7,0 et à 37C quand l'enthalpie
• libre standard de la réaction ?rG' est négative.
  
• Problèmes soulevés à la lecture du programme
• Jusquoù doit-on aller dans les définitions
  énergie interne U, enthalpie H, enthalpie libre
  G, entropie S ?
• Faut-il donner et utiliser les relations
• ?rG - RT . ln K ?
• ?rG ?rG RT . ln Qr,i ?
• Faut-il évoquer le problème de lirréversibilité
  cellulaire lorsque ? ?rG ?gt 20 kJ.mol-1 ?

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• 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 laxe gonadotrope et la
  maitrise de la procréation
• 3.3 Le maintien de lintégrité de lorganisme par
  les mécanismes immuns nécessite la reconnaissance
  du soi et une coopération entre les cellules
  immunocompétentes

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CBSV en terminale STL

• Thème 4 Les systèmes vivants contiennent,
  échangent et
• utilisent de l'information génétique
• 4.2 Le phénotype dun individu est lié à
  lexpression de son génotype
• 4.3 La séquence codante dun gène permet
  lexpression dun caractère via la synthèse dune
  protéine
• 4.4 Linformation génétique est conservée par
  réplication de lADN
• 4.5 La reproduction sexuée permet la rencontre de
  deux informations génétiques
• 4.6 LADN est un objet des biotechnologies

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• 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 lagrosystème sont deux écosystèmes
  de surface
• 5.3 La biosphère est une interface entre
  différentes enveloppes terrestres
• 5.4 Les organismes vivants sont utilisés par
  lHomme comme agents de dépollution et de
  production

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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 dénergie 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 délaboration despèces chimiques
des procédés sont actuellement exploités à
léchelle industrielle et dautres sont encore
étudiées à létat de prototype. Tous sattachent
à résoudre des problèmes sociétaux et
environnementaux.
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Des ambitions modestes

• Seulement 4 chapitres
• Référentiel très court comparativement aux autres
  parties du programme
• ? Grande liberté pédagogique pour aborder le
  problème

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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 détude de la
  biodiversité habitat, populations, gènes
• Aborder les outils numériques dévaluation de la
  biodiversité (richesse, équitabilité)
• Faire le lien entre diversité génétique et
  évolution des espèces (remodelage chromosomique)

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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 dADN
• 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

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5.2 Sol et agrosystème sont 2 écosystèmes de
surface
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5.2 Sol et agrosystème partie 1

• Développer la notion décosytème
• Ses composantes biotope et biocénose
• Son fonctionnement en équilibre (à opposer plus
  tard avec le fonctionnement de lagrosystème)

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5.2 Sol et agrosystème partie 1

• Sol étude des horizons dune tranche de sol
  (sortie terrain ? Rapporter des échantillons pour
  les TP à venir ?)
• Idées de TP
• Dosage de la matière organique / matière minérale
  dun 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

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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

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5.2 Sol et agrosystème partie 2

• Agrosystème écosystème maintenu en déséquilibre
  par lactivité humaine
• Apports dintrants (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 dautres écosystèmes
  aquatique ? lien avec épuration 5.4

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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

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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 limportance des microorganismes dans
  ces cycles de la matière

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5.4 Les organismes vivants sont utilisés par
lHomme

• Montrer que les connaissances acquises sur les
  métabolismes permettent dexploiter des
  travailleurs bon marché
• Epuration des eaux usées exploitation de
  lautoépuration naturelle des milieux de manière
  intensive
• Avantages naturel, coûts réduits
• Limites molécules artificielles
• Même concept général que écosystème vs.
  agrosystème

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5.4 Les organismes vivants sont utilisés par
lHomme

• 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

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5.4 Les organismes vivants sont utilisés par
lHomme

• 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
  lalimentation humaine