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Vivant 2 Le maintien de la vie

Voici les notes de cours que nous utiliserons dans le cadre du cours de sciences cette année. Dans cette section nous allons couvrir plusieurs concepts relatif aux systèmes vivants.

Table des matières

  1. Les systèmes vivants
  2. La cellule comme système vivant
  3. Les échanges de la cellules (la diffusion et l'osmose)
  4. La cellule et l'énergie (la photosynthèse et la respiration cellulaire)

Le maintien de la vie réfère aux caractéristiques permettant à la vie de persister, de se poursuivre.

À la source de toute vie, il y a les cellules que l'on considère comme l'unité de base de tous les êtres vivants, qu'il s'agisse d'animaux, de végétaux ou même de bactéries.

Ainsi, les cellules peuvent s'unir pour former un tissu. Les tissus à leur tour peuvent s'unir entre eux pour former différents organes. Plusieurs organes peuvent collaborer ensemble pour former un système comme le système nerveux, le système digestif ou le système reproducteur. Un ensemble de système compose un organisme.

Les systèmes vivants

Intrants et extrants

Un intrant est un élément qui entre dans un système afin de fournir à celui-ci la matière et l'énergie dont il a besoin pour fonctionner.

Un extrant est un élément qui sort d'un système. Cet élément est soit un déchet, soit il n'a tout simplement pas été utilisé par le système.

Le chien est un organisme vivant, un système

Une cellule, à l'image d'un chien ou d'un être humain, est un système en soi. Des éléments entrent, sont modifiés et utilisés, puis ce qui en reste sort du système.

Dans le cas d'un animal, les principaux intrants sont de l'eau, de l'oxygène et des aliments qui contiennent les nutriments (sels minéraux, vitamines, sucre, etc.) qui sont nécessaire au bon fonctionnement de l'organisme.

Les extrants peuvent être des excréments, de l'eau, de l'urine, du gaz carbonique ou de l'énergie.

La cellule

Pour ce qui est d'une cellule animale qui effectue la respiration cellulaire, les intrants sont de l'oxygène et du glucose et les extrants sont du gaz carbonique et de l'eau.

Pour une cellule végétale qui effectue la photosynthèse, les intrants sont le gaz carbonique et l'eau et les extrants sont l'oxygène et le glucose.

Il est intéressant de noter que les extrants d'un système peuvent être les intrants d'un autre système. Par exemple, le gaz carbonique excrété par un animal peut être utilisé pour la photosynthèse par les plantes voisines.

Les échanges avec le milieu

La membrane cellulaire joue un rôle très important dans les échanges cellulaires. À l'aide de ses nombreux pores et ses transporteurs membranaires, elle est responsable de l'entrée et de la sortie de toutes sortes de molécules. En général, le milieu interne d'une cellule a une composition différente de celle du milieu externe.

La diffusion et l'osmose sont deux des mécanismes passifs (pas besoin d'énergie pour qu'ils se produisent) grâce auxquels la cellule peut effectuer des échanges avec son environnement.

La diffusion

C'est un processus par lequel les molécules d’un soluté se déplacent d’une région où la concentration est élevée vers une région où la concentration est faible.

Le colorant (soluté) se diffuse dans le solvant (eau) jusqu'à l'équilibre.

Ce déplacement s’effectue jusqu’à ce que les concentrations dans les deux milieux soient à l’équilibre, c'est-à-dire à la même concentration.

L'osmose

Le phénomène d’osmose fait référence au déplacement de molécules d’eau (ou de solvant) d’un milieu moins concentré en soluté vers un milieu plus concentré en soluté.

Ce déplacement s’effectue jusqu’à ce que les concentrations dans les deux milieux soient à équilibre, c'est-à-dire à la même concentration.

Trois situations sont possibles mettant en jeu l'osmose et elles sont représentées dans l'image qui suit.

  • Situation A, la concentration en soluté est plus grande dans le milieu externe que dans les globules rouges. Pour ramener la situation à l'équilibre, l'eau (solvant) à l'intérieur des globules rouges va sortir de ceux-ci.
  • Situation B, la concentration en soluté est identique dans le milieu externe et dans les globules rouges.
  • Situation C, la concentration en soluté est plus grande à l'intérieur des globules rouges que dans le milieu externe. Pour ramener la situation à l'équilibre, l'eau (solvant) du milieu externe va entrer dans les globules rouges.

La cellule et l'énergie

​Pour les êtres vivants, il existe deux sources d'énergie : la lumière et les aliments.

La lumière est utilisée par les végétaux afin qu'ils puissent concevoir leur propre nourriture, donc leur propre énergie, via la photosynthèse. Les végétaux sont des êtres autotrophes.

Quant aux aliments, ils sont utilisés par les autres vivants, comme les animaux, qui ne peuvent pas produire leur propre énergie. Ils utiliseront la respiration cellulaire afin d'extraire des aliments l'énergie qui leur est nécessaire.

La photosynthèse

C'est un réaction de synthèse se produisant dans les cellules des plantes. Cette réaction permet aux plantes de produire du glucose grâce à l’énergie solaire.

Elle s’effectue principalement grâce à la chlorophylle, un pigment contenu dans les chloroplastes des cellules végétales, qui donnent la coloration verte aux végétaux.

Les végétaux ont la capacité de transformer des molécules simples en molécules complexes (réaction de synthèse).

L'équation de la réaction de photosynthèse est la suivante :

Dans cette réaction de synthèse, les intrants sont l’eau et le dioxyde de carbone, puisque ce sont ces molécules qui réagissent ensemble pour former de nouvelles substances, et ce, dans des conditions particulières (soit la présence de lumière).

Le dioxygène et le glucose sont quant à eux les extrants de la réaction. Le dioxygène sera libéré dans l’air et contribuera à la survie des vivants alors que le glucose sera utilisé par le producteur comme source d'énergie.

La respiration cellulaire

C'est une réaction de combustion ayant lieu dans les mitochondries des cellules qui permet de transformer le glucose en énergie.

Les plantes font de la photosynthèse en présence de lumière et de la respiration cellulaire lorsqu'il n'y en a pas.

Les cellules utiliseront l'énergie produite lors de la respiration cellulaire pour effectuer les diverses activités leur permettant d'assurer leur survie.

On peut comparer la réaction de la respiration cellulaire à celle de la combustion d'un morceau de bois. Dans un feu, l'oxygène contribue à activer la combustion (en agissant comme comburant) et il en résultera un dégagement d'énergie, surtout sous forme de chaleur, et un rejet d'eau et de gaz carbonique.

L'équation de la réaction de respiration cellulaire est la suivante :

Dans cette réaction de combustion, les intrants sont le glucose et le dioxygène.

Le gaz carbonique, l'eau et l'énergie sont les extrants de la réaction. L'énergie chimique ainsi extraite est plus facilement utilisable par la cellule qu'elle ne l'était sous la forme de glucose.

La réaction de la photosynthèse est l'inverse de la réaction de la respiration cellulaire, et vice-versa.

Credits:

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