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Bioénergétique

AQA · GCSE · Biology · Sujet 4

4.1

Bioénergétique : photosynthèse et respiration

Les plantes captent l'énergie du Soleil ; chaque cellule la restitue ensuite. Cette référence couvre AQA GCSE Biologie 8461, sujet 4.4 Bioénergétique.

Comment ce sujet est abordé à l'examen :

  • Le papier 1 porte sur la Bioénergétique. RP6 : intensité lumineuse et taux de photosynthèse à l'aide de valisère.
  • Les graphiques de facteur limitant avec deux ou trois facteurs, la loi du carré inverse et l'économie des serres sont uniquement HT.
  • Les équations sont des équations motées — maîtrisez aussi leurs formes symboliques (CO₂, H₂O, O₂, C₆H₁₂O₆).
4.1

Photosynthèse (4.4.1.1)

Programme

Photosynthèse (AQA 8461 énoncés 4.4.1.1-4.4.1.2, RP6).

  1. Rédiger les équations mot et symbolique de la photosynthèse et la décrire comme endothermique.
  2. Expliquer comment l'intensité lumineuse, la concentration en CO2 et la température limitent le taux de photosynthèse, y compris l'interprétation des graphiques de facteurs limitants.
  3. (HT) Utiliser la relation inverse au carré entre l'intensité lumineuse et la distance, et les raisons économiques liées aux serres.
  4. Décrire RP6 : intensité lumineuse et taux de photosynthèse avec de l'égeria, ses contrôles et le calcul du taux.

Source : Programme Cambridge International

$$\text{carbon dioxide} + \text{water} \xrightarrow{\ \text{light}\ } \text{glucose} + \text{oxygen}$$
$$6\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\,\text{O}_2$$

La photosynthèse est une réaction endothermique : l'énergie est transférée de l'environnement vers les chloroplastes par la lumière.

4.1

Taux de photosynthèse et facteurs limitants (4.4.1.2)

Programme

Photosynthèse (AQA 8461 énoncés 4.4.1.1-4.4.1.2, RP6).

  1. Rédiger les équations mot et symbolique de la photosynthèse et la décrire comme endothermique.
  2. Expliquer comment l'intensité lumineuse, la concentration en CO2 et la température limitent le taux de photosynthèse, y compris l'interprétation des graphiques de facteurs limitants.
  3. (HT) Utiliser la relation inverse au carré entre l'intensité lumineuse et la distance, et les raisons économiques liées aux serres.
  4. Décrire RP6 : intensité lumineuse et taux de photosynthèse avec de l'égeria, ses contrôles et le calcul du taux.

Source : Programme Cambridge International

Taux de photosynthèse en fonction d'un seul facteur limitant à la fois.
Chaque courbe monte puis s'aplatit là où un autre facteur devient limitant.

Le taux augmente avec : l'intensité lumineuse, la concentration en CO₂, la température (jusqu'à l'optimum enzymatique), et la quantité de chlorophylle.

Lecture des graphiques à un seul facteur : le plateau signifie qu'un autre facteur est devenu limitant. (HT) Sur les graphiques à deux ou trois facteurs, identifiez quel facteur est limitant à chaque point.

(HT) Loi du carré inverse : doubler la distance à la lampe réduit au quart l'intensité lumineuse :

$$\text{light intensity} \propto \frac{1}{\text{distance}^2}$$

(HT) Économie des serres : ajouter de la chaleur, de la lumière ou du CO₂ augmente le taux — mais chaque élément a un coût ; le producteur ajoute le facteur limitant le moins cher, jusqu'au seuil où le rendement supplémentaire ne justifie plus la dépense.

Dispositif RP6 : valisère sous une entonnoir inversé dans un bécher, avec une lampe placée à distance mesurable.

RP6 : potamot en eau à différentes distances de la lampe ; compter les bulles d'oxygène par minute (ou collecter le gaz) ; contrôler la température et le CO₂ (hydrogénocarbonate de sodium) ; répéter et calculer la moyenne ; taux = bulles ÷ temps.

Exemple résolu. Bulles : 30 par minute à 10 cm ; à 20 cm, l'intensité lumineuse est un quart, donc on s'attend à environ 8 par minute (si la lumière reste limitante).

4.1

Utilisations du glucose (4.4.1.3)

Programme

Photosynthèse (AQA 8461 énoncés 4.4.1.1-4.4.1.2, RP6).

  1. Rédiger les équations mot et symbolique de la photosynthèse et la décrire comme endothermique.
  2. Expliquer comment l'intensité lumineuse, la concentration en CO2 et la température limitent le taux de photosynthèse, y compris l'interprétation des graphiques de facteurs limitants.
  3. (HT) Utiliser la relation inverse au carré entre l'intensité lumineuse et la distance, et les raisons économiques liées aux serres.
  4. Décrire RP6 : intensité lumineuse et taux de photosynthèse avec de l'égeria, ses contrôles et le calcul du taux.

Source : Programme Cambridge International

Le glucose produit par la photosynthèse est utilisé pour :

  • la respiration ;
  • transformé en amidon insoluble pour le stockage ;
  • graisse ou huile pour le stockage ;
  • cellulose pour les parois cellulaires ;
  • acides aminés pour les protéines — cela nécessite aussi des ions nitrate du sol.
4.2

Respiration (4.4.2.1)

Programme

Respiration et métabolisme (AQA 8461 énoncés 4.4.1.3, 4.4.2.1-4.4.2.3).

  1. Citer cinq utilisations du glucose issu de la photosynthèse.
  2. Comparer la respiration aérobie et anaérobie dans les muscles et chez la levure, avec des équations mot, et l'importance économique de la fermentation.
  3. Expliquer la réponse du corps à l'exercice et (HT) la dette d'oxygène et le rôle du foie.
  4. Définir le métabolisme et lister les réactions qu'il comprend.

Source : Programme Cambridge International

La respiration est une réaction exothermique se déroulant en continu dans les cellules vivantes, transférant l'énergie nécessaire à : la construction de molécules plus grandes, aux mouvements et au maintien de la chaleur corporelle.

Aérobie Anaérobie (muscle) Anaérobie (plante/levure)
oxygène nécessaire non nécessaire non nécessaire
équation glucose + oxygène → CO₂ + eau glucose → acide lactique glucose → éthanol + CO₂
énergie beaucoup plus beaucoup moins beaucoup moins

La respiration anaérobie chez la levure est la fermentation, importante économiquement pour le pain (le CO₂ provoque la levée) et les boissons alcoolisées.

Vocabulaire Entrainer
English Français
endothermic/ˌendəʊˈθɜːmɪk/ endothermique
exothermic/eɡzəˈðɜːmɪk/ exothermique
fermentation/fɜːmənˈteɪʃn/ fermentation
oxygen debt/ˈɒksɪdʒn det/ dette d'oxygène
Metabolism/məˈtæbəlɪzəm/ métabolisme
lactic acid/ˈlæktɪk ˈæsɪd/ acide lactique
limiting factor/ˈlɪmɪtɪŋ ˈfæktə/ facteur limitant
4.2

Réponse à l'exercice (4.4.2.2)

Programme

Respiration et métabolisme (AQA 8461 énoncés 4.4.1.3, 4.4.2.1-4.4.2.3).

  1. Citer cinq utilisations du glucose issu de la photosynthèse.
  2. Comparer la respiration aérobie et anaérobie dans les muscles et chez la levure, avec des équations mot, et l'importance économique de la fermentation.
  3. Expliquer la réponse du corps à l'exercice et (HT) la dette d'oxygène et le rôle du foie.
  4. Définir le métabolisme et lister les réactions qu'il comprend.

Source : Programme Cambridge International

Pendant l'exercice, la fréquence cardiaque, la fréquence respiratoire et le volume d'air respiré augmentent pour fournir davantage de sang oxygéné aux muscles. Si l'apport en oxygène est insuffisant, les muscles passent à la respiration anaérobie : l'oxydation incomplète du glucose accumule de l'acide lactique → fatigue ; une dette d'oxygène s'accumule.

(HT) Le sang transporte l'acide lactique vers le foie, qui le reconvertit en glucose. La dette d'oxygène correspond à l'oxygène supplémentaire nécessaire après l'exercice pour réagir avec et éliminer l'acide lactique accumulé.

4.2

Métabolisme (4.4.2.3)

Programme

Respiration et métabolisme (AQA 8461 énoncés 4.4.1.3, 4.4.2.1-4.4.2.3).

  1. Citer cinq utilisations du glucose issu de la photosynthèse.
  2. Comparer la respiration aérobie et anaérobie dans les muscles et chez la levure, avec des équations mot, et l'importance économique de la fermentation.
  3. Expliquer la réponse du corps à l'exercice et (HT) la dette d'oxygène et le rôle du foie.
  4. Définir le métabolisme et lister les réactions qu'il comprend.

Source : Programme Cambridge International

Métabolisme est l'ensemble des réactions dans une cellule ou un organisme ; la respiration les alimente. Il comprend :

  • glucose → amidon, glycogène, cellulose ;
  • glycérol + 3 acides gras → lipides ;
  • glucose + ions nitrates → acides aminés → protéines ;
  • la respiration ;
  • dégradation des protéines excédentaires → urée pour l'excrétion.
4.2

Liste de contrôle avant de considérer ce sujet comme acquis

  • Rédigez les équations mot et symbolique de la photosynthèse ; précisez qu'elle est endothermique + lumière→chloroplastes.
  • Expliquez les quatre facteurs de vitesse ; lisez les graphiques d'un seul facteur s'infléchissant ; (HT) loi du carré inverse et économie des serres.
  • Décrivez RP6 avec ses contrôles et le calcul du taux.
  • Énumérez cinq usages du glucose (avec nitrate pour les protéines).
  • Comparez les équation aérobie avec les deux équations anaérobie ; nommez les deux produits et usages de la fermentation.
  • Exercice : trois augmentations ; acide lactique et dette en oxygène ; (HT) rôle du foie.
  • Définissez le métabolisme avec ses cinq volets.

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