On mesure la concentration en dioxygène dans une enceinte contenant des levures et du glucose. Elle passe de 9 mg/L à 3 mg/L en 10 minutes. Que peut-on conclure ?

Les levures consomment du dioxygène : elles respirent

Les levures produisent du dioxygène : elles font la photosynthèse

Les levures fermentent, car le dioxygène diminue

Les levures sont mortes, car le dioxygène diminue

Qu'appelle-t-on le métabolisme d'une cellule ?

L'ensemble des réactions chimiques qui s'y déroulent

Le nombre de mitochondries qu'elle contient

Une cellule hétérotrophe est une cellule qui :

Doit prélever sa matière organique dans le milieu

Fabrique sa matière organique à partir de matière minérale

N'a besoin ni de matière ni d'énergie

Qu'est-ce qu'une enzyme ?

Un glucide qui fournit de l'énergie

Une molécule d'ADN qui déclenche une réaction

Dans quelles conditions les levures réalisent-elles une fermentation alcoolique ?

Seulement en présence de dioxygène

Seulement à une température supérieure à 60 °C

Quel est le bilan correct de la respiration cellulaire ?

Glucose + dioxygène donnent CO2 + eau + énergie

CO2 + eau donnent glucose + dioxygène

Pourquoi la fermentation libère-t-elle moins d'énergie que la respiration pour une même quantité de glucose ?

Parce que le glucose n'y est que partiellement dégradé : de l'énergie reste dans les produits formés

Parce qu'elle se déroule plus lentement

Parce qu'elle consomme de l'énergie pour démarrer

Parce qu'elle a lieu dans les mitochondries, moins efficaces que le cytoplasme

Une cellule de racine de plante réalise-t-elle la photosynthèse ?

Non : elle n'a ni chloroplastes ni lumière, elle est hétérotrophe

Oui, toutes les cellules d'une plante sont autotrophes

Non, car elle ne contient pas d'ADN

Pourquoi dit-on qu'une enzyme est spécifique ?

Parce que sa forme ne lui permet de reconnaître qu'un seul substrat et de catalyser qu'une seule réaction

Parce qu'elle n'agit qu'à une seule température

Parce qu'elle est présente dans une seule espèce

Parce qu'elle est consommée après une seule réaction

Quels sont les deux facteurs qui déterminent le métabolisme d'une cellule ?

Son patrimoine génétique et les conditions du milieu

Le nombre de ses chromosomes et sa forme

La température et la pression uniquement

Le métabolisme des cellules

Seconde · SVT · La Terre, la vie et l'organisation du vivant

La Terre, la vie et l'organisation du vivant

Autotrophie, hétérotrophie et voies du métabolisme

Une cellule est une véritable usine chimique. En permanence, elle démonte des molécules pour récupérer de l'énergie et en construit d'autres pour se réparer et grandir. L'ensemble de ces réactions porte un nom : le métabolisme.

Deux grandes façons de se nourrir
Toutes les cellules ont besoin de matière organique. Mais certaines savent la fabriquer elles-mêmes, tandis que d'autres doivent la prélever dans leur environnement. C'est la distinction entre autotrophie et hétérotrophie.

	Cellule autotrophe	Cellule hétérotrophe
Source de carbone	Matière minérale (CO2 de l'air ou de l'eau)	Matière organique déjà fabriquée (glucose…)
Source d'énergie	La lumière du Soleil	L'énergie contenue dans la matière organique consommée
Ce qu'il lui faut	Lumière, CO2, eau, sels minéraux	Matière organique et, le plus souvent, dioxygène
Exemples	Cellules chlorophylliennes des végétaux, algues, cyanobactéries	Cellules animales, champignons, la plupart des bactéries

La photosynthèse : construire de la matière avec de la lumière
La photosynthèse se déroule dans les chloroplastes, des organites qui contiennent le pigment vert appelé chlorophylle. Ce pigment capte l'énergie lumineuse et permet de fabriquer du glucose à partir de matière minérale.

La respiration cellulaire : libérer l'énergie du glucose
La respiration cellulaire se déroule dans les mitochondries. Elle consiste à dégrader complètement le glucose en présence de dioxygène pour en libérer l'énergie.

La Terre, la vie et l'organisation du vivant

Fermentations, enzymes et contrôle du métabolisme

Que se passe-t-il quand une cellule doit produire de l'énergie sans dioxygène ? Elle ne peut plus respirer, mais elle n'est pas condamnée pour autant : elle dispose d'une voie de secours, la fermentation.

La fermentation

La fermentation est une dégradation incomplète du glucose, réalisée dans le cytoplasme et en l'absence de dioxygène.
Comme le glucose n'est pas entièrement démonté, il reste de l'énergie dans les déchets produits : la fermentation libère donc beaucoup moins d'énergie que la respiration à partir d'une même quantité de glucose.

Deux fermentations à connaître :
• Fermentation alcoolique : glucose donne éthanol + dioxyde de carbone + un peu d'énergie. Réalisée par les levures ; c'est elle qui produit le vin, la bière, et qui fait lever le pain (le CO2 forme les bulles).
• Fermentation lactique : glucose donne acide lactique + un peu d'énergie. Réalisée par les bactéries lactiques (fabrication du yaourt, du fromage, de la choucroute) et par nos cellules musculaires lors d'un effort intense.

	Respiration	Fermentation
Dioxygène	Indispensable	Absent
Lieu dans la cellule	Mitochondries	Cytoplasme
Dégradation du glucose	Complète	Incomplète
Produits formés	CO2 et eau	Éthanol + CO2, ou acide lactique
Énergie libérée	Beaucoup	Peu

Les enzymes, ouvrières du métabolisme
Aucune réaction du métabolisme ne se ferait à vitesse utile sans enzymes. Une enzyme est une protéine qui accélère une réaction chimique précise, sans être consommée : elle est réutilisable un très grand nombre de fois.

Chaque enzyme est spécifique : elle ne reconnaît qu'une molécule (son substrat) et ne catalyse qu'une seule réaction.
Cette spécificité vient de sa forme dans l'espace, qui doit s'emboîter avec celle du substrat, un peu comme une clé dans une serrure.
Comme toute protéine, une enzyme est codée par un gène.
Son activité dépend des conditions du milieu : température et pH notamment. Trop chauffée, elle se déforme et perd définitivement son efficacité.

Ce qui détermine le métabolisme d'une cellule
Le métabolisme d'une cellule dépend de deux facteurs, et seulement deux. Il faut savoir les distinguer, car c'est exactement ce qu'on attend de toi dans un exercice d'analyse de résultats.

Les levures : le milieu décide, le génome autorise

On place des levures dans un milieu sucré et on mesure leur activité :
Avec dioxygène : les levures respirent. Elles consomment du glucose et du O2, rejettent du CO2 et de l'eau, libèrent beaucoup d'énergie et se multiplient rapidement.
Sans dioxygène : les levures fermentent. Elles consomment du glucose, produisent de l'éthanol et du CO2, libèrent peu d'énergie et se multiplient lentement.

Conclusion : c'est la même cellule, avec le même génome. Ce sont les conditions du milieu qui ont changé la voie métabolique utilisée. La levure possède les gènes des deux voies et choisit selon la situation.

Et si on change de souche ?
On compare deux souches de levures placées dans les mêmes conditions, en présence de dioxygène et de glucose.
La souche sauvage consomme du dioxygène : elle respire.
La souche mutée ne consomme pas de dioxygène, mais produit de l'éthanol : elle fermente, alors même que du dioxygène est disponible.
Interprétation : la mutation a rendu inutilisable un gène codant une enzyme de la respiration. Privée de cette enzyme, la levure ne peut plus respirer et se rabat sur la fermentation.

Cette expérience démontre le contrôle génétique du métabolisme : le milieu était pourtant favorable à la respiration, mais le génome ne le permettait pas.

Analyser une expérience de métabolisme (type ExAO)

Étape 1 — Identifie ce qui est mesuré : concentration en dioxygène, en CO2, quantité de glucose consommé, nombre de cellules ?
Étape 2 — Repère la ou les conditions testées et surtout ce qui DIFFÈRE entre les lots comparés (lumière/obscurité, avec/sans O2, souche normale/souche mutée).
Étape 3 — Décris la courbe avec des chiffres : « la concentration en dioxygène passe de 8 à 2 mg/L en 10 minutes, elle diminue donc ».
Étape 4 — Interprète : une consommation de O2 avec rejet de CO2 signe une respiration ; un rejet de O2 signe une photosynthèse ; une production d'éthanol ou de CO2 sans O2 signe une fermentation.
Étape 5 — Conclus en répondant précisément à la question posée, et ne va pas au-delà de ce que l'expérience démontre.

Exercices corrigés

On mesure la concentration en dioxygène dans une enceinte contenant des levures et du glucose. Elle passe de 9 mg/L à 3 mg/L en 10 minutes. Que peut-on conclure ?
- A.Les levures consomment du dioxygène : elles respirentBonne réponse
- B.Les levures produisent du dioxygène : elles font la photosynthèse
- C.Les levures fermentent, car le dioxygène diminue
- D.Les levures sont mortes, car le dioxygène diminue
Réponse : A — Les levures consomment du dioxygène : elles respirent
La concentration en dioxygène baisse de 9 à 3 mg/L, soit 6 mg/L consommés en 10 minutes : le dioxygène disparaît donc du milieu, ce qui signifie que les levures le consomment. Or seule la respiration cellulaire consomme du dioxygène — la fermentation, elle, s'en passe totalement et ne ferait pas varier cette courbe. Une photosynthèse produirait au contraire du dioxygène, et des cellules mortes ne consommeraient rien du tout.
Qu'appelle-t-on le métabolisme d'une cellule ?
- A.L'ensemble de ses gènes
- B.Sa capacité à se diviser
- C.L'ensemble des réactions chimiques qui s'y déroulentBonne réponse
- D.Le nombre de mitochondries qu'elle contient
Réponse : C — L'ensemble des réactions chimiques qui s'y déroulent
Le métabolisme désigne l'ensemble des réactions chimiques d'une cellule : celles qui dégradent des molécules pour libérer de l'énergie et celles qui en construisent de nouvelles. L'ensemble des gènes s'appelle le génome — il détermine le métabolisme possible, mais ne se confond pas avec lui. Le nombre de mitochondries n'est qu'un indice de l'intensité de la respiration, pas une définition.
Dans quel organite se déroule la photosynthèse ?
- A.Le chloroplasteBonne réponse
- B.La mitochondrie
- C.Le noyau
- D.Le ribosome
Réponse : A — Le chloroplaste
Le chloroplaste contient la chlorophylle, le pigment vert qui capte l'énergie lumineuse : c'est donc là que se déroule la photosynthèse. La mitochondrie, elle, est le siège de la respiration cellulaire. Un moyen simple de ne plus se tromper : chloroplaste et chlorophylle commencent tous les deux par « chloro », qui signifie vert en grec.
Quel gaz est produit par la photosynthèse ?
- A.Le dioxyde de carbone
- B.Le diazote
- C.Le méthane
- D.Le dioxygèneBonne réponse
Réponse : D — Le dioxygène
Le bilan de la photosynthèse est : CO2 + eau, avec de la lumière, donnent glucose + dioxygène. Le dioxygène est donc produit, tandis que le dioxyde de carbone est au contraire consommé. C'est exactement l'inverse de la respiration, qui consomme du O2 et rejette du CO2. Ni le diazote ni le méthane n'interviennent dans ces réactions.
Une cellule hétérotrophe est une cellule qui :
- A.Fabrique sa matière organique à partir de matière minérale
- B.Doit prélever sa matière organique dans le milieuBonne réponse
- C.N'a besoin ni de matière ni d'énergie
- D.Se reproduit sans se diviser
Réponse : B — Doit prélever sa matière organique dans le milieu
« Hétéro » signifie « autre » : la cellule hétérotrophe se nourrit de la matière organique produite par d'autres organismes. C'est le cas de toutes les cellules animales, des champignons et de la plupart des bactéries. La première proposition décrit au contraire l'autotrophie (« auto » = soi-même), caractéristique des cellules chlorophylliennes.
Qu'est-ce qu'une enzyme ?
- A.Un glucide qui fournit de l'énergie
- B.Un organite de la cellule
- C.Une protéine qui accélère une réaction chimique préciseBonne réponse
- D.Une molécule d'ADN qui déclenche une réaction
Réponse : C — Une protéine qui accélère une réaction chimique précise
Une enzyme est une protéine catalyseur : elle accélère une réaction chimique donnée sans être consommée, donc elle peut resservir aussitôt. Comme toute protéine, elle est codée par un gène — c'est précisément ce lien qui explique le contrôle génétique du métabolisme. Ce n'est ni un sucre, ni un organite, ni de l'ADN.
Dans quelles conditions les levures réalisent-elles une fermentation alcoolique ?
- A.En l'absence de dioxygèneBonne réponse
- B.Uniquement en pleine lumière
- C.Seulement en présence de dioxygène
- D.Seulement à une température supérieure à 60 °C
Réponse : A — En l'absence de dioxygène
La fermentation est la voie de secours utilisée quand le dioxygène manque. Placées dans un milieu sucré privé d'oxygène, les levures dégradent partiellement le glucose en éthanol et en CO2. En présence de dioxygène, elles préfèrent la respiration, bien plus rentable en énergie. La lumière n'a aucun rôle ici, les levures n'étant pas chlorophylliennes, et 60 °C détruirait leurs enzymes.
Quel est le bilan correct de la respiration cellulaire ?
- A.CO2 + eau donnent glucose + dioxygène
- B.Glucose donne éthanol + CO2
- C.Glucose donne acide lactique
- D.Glucose + dioxygène donnent CO2 + eau + énergieBonne réponse
Réponse : D — Glucose + dioxygène donnent CO2 + eau + énergie
La respiration cellulaire dégrade complètement le glucose en présence de dioxygène : il ne reste que du CO2 et de l'eau, et l'énergie contenue dans le glucose est libérée pour la cellule. La première proposition est le bilan de la photosynthèse, qui est exactement la réaction inverse. Les deux autres décrivent les fermentations alcoolique et lactique, qui se déroulent sans dioxygène.
Pourquoi la fermentation libère-t-elle moins d'énergie que la respiration pour une même quantité de glucose ?
- A.Parce qu'elle se déroule plus lentement
- B.Parce que le glucose n'y est que partiellement dégradé : de l'énergie reste dans les produits formésBonne réponse
- C.Parce qu'elle consomme de l'énergie pour démarrer
- D.Parce qu'elle a lieu dans les mitochondries, moins efficaces que le cytoplasme
Réponse : B — Parce que le glucose n'y est que partiellement dégradé : de l'énergie reste dans les produits formés
Tout est dans le mot « incomplète ». La respiration démonte le glucose jusqu'au bout, jusqu'à CO2 et eau, et récupère ainsi toute l'énergie disponible. La fermentation s'arrête à mi-chemin : l'éthanol ou l'acide lactique produits contiennent encore beaucoup d'énergie chimique inexploitée. La dernière proposition inverse les lieux : c'est la fermentation qui se déroule dans le cytoplasme, et la respiration dans les mitochondries.
Une cellule de racine de plante réalise-t-elle la photosynthèse ?
- A.Oui, toutes les cellules d'une plante sont autotrophes
- B.Oui, mais uniquement la nuit
- C.Non : elle n'a ni chloroplastes ni lumière, elle est hétérotropheBonne réponse
- D.Non, car elle ne contient pas d'ADN
Réponse : C — Non : elle n'a ni chloroplastes ni lumière, elle est hétérotrophe
Il ne faut pas confondre l'organisme et ses cellules. Une plante est globalement autotrophe, mais seules ses cellules chlorophylliennes, situées dans les parties éclairées, réalisent la photosynthèse. Les cellules de racine, dans l'obscurité et dépourvues de chloroplastes, se comportent comme des cellules hétérotrophes : elles reçoivent la matière organique fabriquée par les feuilles. Elles possèdent bien sûr de l'ADN, comme toute cellule.
Pourquoi dit-on qu'une enzyme est spécifique ?
- A.Parce qu'elle n'agit qu'à une seule température
- B.Parce qu'elle est présente dans une seule espèce
- C.Parce qu'elle est consommée après une seule réaction
- D.Parce que sa forme ne lui permet de reconnaître qu'un seul substrat et de catalyser qu'une seule réactionBonne réponse
Réponse : D — Parce que sa forme ne lui permet de reconnaître qu'un seul substrat et de catalyser qu'une seule réaction
La spécificité d'une enzyme tient à sa forme tridimensionnelle : son site actif ne peut accueillir qu'une molécule bien précise, un peu comme une serrure n'accepte qu'une clé. Une enzyme n'est pas consommée par la réaction, elle est réutilisée aussitôt. Elle possède certes une température optimale, mais reste active dans une gamme de températures, et une même enzyme peut exister chez de nombreuses espèces.
Quels sont les deux facteurs qui déterminent le métabolisme d'une cellule ?
- A.Sa taille et son âge
- B.Son patrimoine génétique et les conditions du milieuBonne réponse
- C.Le nombre de ses chromosomes et sa forme
- D.La température et la pression uniquement
Réponse : B — Son patrimoine génétique et les conditions du milieu
Le génome fixe ce qui est POSSIBLE : il détermine quelles enzymes la cellule sait fabriquer, donc quelles réactions elle peut réaliser. Les conditions du milieu (présence de dioxygène, de lumière, de nutriments, température) décident ensuite de ce qui est effectivement RÉALISÉ parmi ces possibilités. La température fait partie des conditions du milieu, mais elle ne suffit pas à elle seule à expliquer le métabolisme.

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