Le métabolisme des cellules — exercices corrigés

Comment définit-on le métabolisme d'une cellule ?

Une cellule autotrophe est une cellule capable de :

Lors de la photosynthèse, la cellule chlorophyllienne rejette dans l'atmosphère :

Dans quel organite de la cellule chlorophyllienne se déroule la photosynthèse ?

Une cellule hétérotrophe, comme une de tes cellules ou une levure :

La respiration cellulaire est une dégradation de la matière organique qui se fait :

Par rapport à la respiration, la fermentation :

Une enzyme est une molécule qui :

Le substrat d'une enzyme, c'est :

Le métabolisme d'une cellule dépend de deux grands facteurs. Lesquels ?

Yasmine cultive des cellules sur un milieu. Tant qu'elle n'ajoute pas une certaine substance, les cellules ne se multiplient pas ; dès qu'elle l'ajoute, elles se développent. En une phrase, qu'en conclut-elle sur le métabolisme de ces cellules ?

Une cellule chlorophylliennne éclairée produit du dioxygène par photosynthèse. Un dispositif mesure une production de 2 mL de O₂ par heure. Quel volume de dioxygène, en mL, sera produit en 4 heures d'éclairement constant ?

On mesure l'activité de l'amylase humaine à différentes températures : elle est faible à 10 °C, maximale à 37 °C, puis chute brutalement vers 50 °C. À quelle température, en °C, cette enzyme est-elle la plus efficace ?

Au cœur de la pâte du khobz de Salma, la levure fait gonfler la pâte. Quel gaz, produit par la levure, forme les bulles ?

Le dioxyde de carbone, l'eau et les sels minéraux sont de la matière minérale.

Les cellules chlorophylliennes font de la photosynthèse, donc elles ne respirent jamais.

Une enzyme est consommée par la réaction qu'elle accélère, comme un réactif ordinaire.

La fermentation libère autant d'énergie que la respiration.

Comme les enzymes sont des protéines, le patrimoine génétique d'une cellule détermine quelles enzymes elle peut fabriquer.

Amine éclaire une branche d'algue verte plongée dans de l'eau riche en CO₂ et compte les bulles de dioxygène qui s'en dégagent. Il observe une production régulière de 6 bulles par minute. Combien de bulles de O₂ aura-t-il comptées au bout de 10 minutes ?

Parmi ces bilans, lequel décrit correctement la photosynthèse ?

Tes cellules musculaires, quand tu marches dans la médina de Fès, réalisent la respiration cellulaire. Quels sont les produits rejetés par cette réaction ?

La même levure respire à l'air libre mais fermente au cœur de la pâte. Qu'est-ce qui décide de la voie métabolique empruntée ?

On compare la spécificité d'une enzyme à un modèle « clé-serrure ». Qu'est-ce qui explique qu'une enzyme ne transforme qu'un seul type de substrat ?

Karim place des algues vertes à la lumière dans un milieu avec CO₂ : il mesure un dégagement de O₂. Il les met ensuite à l'obscurité : le dégagement de O₂ cesse. Qu'en déduit-il ?

Une bactérie, sans poumons ni branchies, peut-elle faire de la respiration cellulaire ?

Pourquoi une cellule de feuille est-elle autotrophe alors qu'une cellule de levure ne l'est pas ?

Pourquoi une très petite quantité d'enzyme suffit-elle à transformer une grande quantité de substrat ?

Une cellule de ta peau fabrique des protéines à partir d'acides aminés prélevés dans le sang. À quel type de réactions du métabolisme cela correspond-il ?

Pour faire du raïb (lait fermenté), des bactéries dégradent le sucre du lait sans dioxygène et produisent de l'acide lactique. De quel métabolisme s'agit-il ?

Le jour, une cellule de feuille libère un bilan net de O₂ parce que sa photosynthèse consomme plus de CO₂ et produit plus de O₂ qu'elle n'en échange par sa respiration.

Une cellule qui possède les gènes de la photosynthèse fera de la photosynthèse même dans l'obscurité totale.

La matière organique dégradée par une cellule hétérotrophe provient, directement ou indirectement, de la photosynthèse réalisée par des cellules autotrophes.

Une seule et même enzyme peut accélérer indifféremment n'importe quelle réaction du métabolisme.

La température fait partie des conditions du milieu qui modulent le métabolisme d'une cellule.

Amine mesure le dioxygène dans un flacon contenant des cellules qui respirent. Au départ, le flacon contient 20 mL de O₂. Après une heure, il n'en reste que 8 mL. Quel volume de O₂, en mL, les cellules ont-elles consommé ?

Salma enferme de la levure avec de l'eau sucrée, sans air, et recueille le CO₂ dégagé par fermentation. Elle mesure un dégagement régulier de 9 mL de CO₂ toutes les 10 minutes. Quel volume de CO₂, en mL, aura été dégagé au bout de 50 minutes ?

Karim mesure l'activité d'une enzyme de levure en fonction de la température : 2 unités à 20 °C, 5 unités à 30 °C, 9 unités à 40 °C, 3 unités à 50 °C, 0 unité à 60 °C. À quelle température, en °C, l'activité de cette enzyme est-elle maximale ?

Karim affirme : « Si je garde un morceau de khobz longtemps en bouche, il finit par avoir un goût sucré. C'est la preuve que ma salive contient du sucre. » Explique-lui pourquoi son interprétation est fausse, en nommant la molécule réellement responsable.

Yasmine cultive un même type de bactéries sur deux milieux identiques, sauf un détail : le milieu 1 contient une certaine vitamine, pas le milieu 2. Les bactéries se multiplient abondamment sur le milieu 1, mais pas du tout sur le milieu 2. Que peut-elle conclure sur le métabolisme de ces bactéries vis-à-vis de cette vitamine ?

En cours de SVT à Tanger, Karim raisonne à voix haute : « La photosynthèse, ce n'est pas si extraordinaire. La feuille prend du dioxyde de carbone, de l'eau et des sels minéraux dans le sol — donc elle prend déjà de la matière organique dans son milieu, exactement comme une cellule hétérotrophe. » Où est l'erreur de Karim ?

Yasmine observe les levures de la pâte à khobz de sa voisine et conclut : « Au cœur de la pâte, il n'y a pas d'oxygène, donc les levures fermentent. Mais comme elles dégradent quand même le sucre, elles en tirent autant d'énergie qu'en respirant — l'oxygène ne change rien à la quantité d'énergie. » A-t-elle raison ?

Salma révise les enzymes à Rabat et propose ce raisonnement : « L'amylase découpe l'amidon. Donc, comme tout réactif, chaque molécule d'amylase est utilisée une seule fois puis détruite. Pour digérer beaucoup d'amidon, il faut autant d'amylase que d'amidon à découper. » A-t-elle raison ?

On observe trois cellules. Cellule X : à la lumière, elle consomme du CO₂ et rejette du O₂. Cellule Y : elle consomme du O₂ et rejette du CO₂. Cellule Z : sans O₂, elle dégrade du sucre et rejette de l'alcool et du CO₂. Quelle association est correcte ?

Pour prouver que seule la lumière déclenche le dégagement de O₂ par des algues, Amine prépare un tube éclairé avec algues + CO₂. Quel tube témoin doit-il préparer en parallèle ?

Une levure dispose de sucre à volonté. On lui apporte du dioxygène. Pourquoi va-t-elle privilégier la respiration plutôt que la fermentation ?

On mesure le O₂ d'un bassin de plantes aquatiques : il augmente en pleine journée, diminue la nuit. Quelle interprétation est correcte ?

L'activité d'une enzyme augmente avec la température jusqu'à un optimum, puis chute brutalement vers les hautes températures. Pourquoi cette chute ?

Une bactérie mutante a perdu le gène codant une enzyme qui dégrade le lactose. Sur un milieu où le lactose est la seule source de sucre, que prévoit-on ?

Deux cellules de levure ont exactement le même patrimoine génétique. L'une respire, l'autre fermente, au même instant. Comment l'expliquer ?

À une certaine intensité lumineuse faible, une feuille n'échange aucun gaz net avec l'air : ni dégagement, ni absorption visible de O₂. Quelle interprétation est correcte ?

On dispose de l'amylase (qui dégrade l'amidon) et d'une protéase (qui dégrade les protéines). On les met dans un tube contenant uniquement de l'amidon. Que prévoit-on ?

Une cellule chlorophyllienne au bilan net de O₂ nul ne réalise aucune réaction chimique.

Pour une même quantité de sucre consommée, une levure qui fermente épuise sa réserve de sucre plus vite qu'une levure qui respire, à besoin d'énergie égal.

Une cellule chlorophyllienne placée à l'obscurité prolongée finit par manquer de matière organique si elle ne peut plus en fabriquer.

Quand tu respires avec tes poumons, ce sont tes poumons qui réalisent la respiration cellulaire et libèrent l'énergie de tes muscles.

En une heure d'éclairement, une plante aquatique produit 15 mL de O₂ par photosynthèse et en consomme 6 mL par respiration, simultanément. Quel est le dégagement net de O₂ observé dans l'eau, en mL ?

Une feuille consomme 5 mL de O₂ par heure par sa respiration (mesurés à l'obscurité). À la lumière, on observe un dégagement net de 15 mL de O₂ par heure. Quel volume de O₂, en mL, sa photosynthèse produit-elle réellement en une heure ?

Yasmine fait agir une enzyme sur 200 mg d'amidon. Au bout de 30 minutes, il reste 40 mg d'amidon non dégradé. Quel pourcentage de l'amidon de départ a été transformé par l'enzyme ?

Salma veut expliquer, du début à la fin, pourquoi la pâte du khobz de son grand-père gonfle. Construis son raisonnement en répondant à ces quatre points : (1) quel est le type de nutrition de la levure ? (2) quelle condition du milieu règne au cœur de la pâte ? (3) quelle voie métabolique en résulte et quels produits ? (4) lequel de ces produits fait gonfler la pâte, et pourquoi ?

Karim affirme : « Il ne faut jamais mettre de plantes dans une chambre la nuit, car la nuit elles font de la photosynthèse à l'envers et nous volent notre oxygène. » Corrige son raisonnement en distinguant ce qui est juste de ce qui est faux dans son affirmation.

Amine remarque que sa grand-mère conserve la viande en la séchant longuement au soleil et en la salant fortement, et qu'on garde certains aliments au réfrigérateur. En mobilisant la notion de conditions du milieu qui contrôlent le métabolisme, explique pourquoi ces méthodes empêchent les micro-organismes de se développer et d'abîmer les aliments.

Yasmine prépare deux tubes de levure dans de l'eau sucrée. Tube 1 : bien aéré (agité, en contact avec l'air). Tube 2 : bouché, sans air. Elle veut savoir quel métabolisme se déroule dans chaque tube. Prévois, pour chaque tube : la voie métabolique, le ou les gaz mesurables, et lequel des deux libère le plus d'énergie. Conclus sur ce qui contrôle la différence.