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Annales gratuites Bac Général S spé SVT : Fermentation et respiration chez la levure

Le sujet  2007 - Bac Général S spé SVT - Sciences de la Vie et de la Terre - Pratique raisonnement scient. Imprimer le sujet
Avis du professeur :

Le sujet est axé sur la fermentation alcoolique chez la levure mais demande également sa comparaison avec la respiration.
Le sujet peut être considéré comme facile par la qualité informative des documents à condition de bien rester dans le cadre de la question posée.

LE SUJET


(5 points)

Diversité et complémentarité des métabolismes

Les levures sont des champignons unicellulaires.

A partir des trois documents mis en relation avec vos connaissances, retrouvez les caractéristiques de la fermentation alcoolique, puis comparez son rendement à celui de la respiration cellulaire.

 

Document 1 : le développement des levures et la production d'ATP

Dans deux milieux de culture de même volume, contenant de l'eau et du glucose, on ajoute une même quantité de levures.
Ces deux milieux sont placés quelques jours dans des conditions favorables identiques mais l'un des milieux contient du dioxygène, l'autre non.

Document 1a : observation des levures au microscope optique (x700)

En début d'expérience, les levures sont identiques dans les deux milieux.

Document 1b : résultats au bout de quelques jours de culture

Milieux de culture

Observation des levures au microscope optique (x700)

Quantité de moles d'ATP produites par mole de glucose consommée





En présence de dioxygène





36,3






En absence de dioxygène






2

d'après Manuel de Terminale, Hatier, 2002

Document 2 : une expérience historique de Pasteur

Pasteur a réalisé des cultures de levures en présence de glucose dans des conditions de concentrations en dioxygène décroissantes de l'expérience 1 à l'expérience 3.

Résultats obtenus





Conditions expérimentales

Quantité d'éthanol (alcool) produite par les levures

Rendement de la culture de la culture exprimé par la quantité de levures formées (en mg par g de glucose consommé)

Expérience 1 : au contact du dioxygène de l'air

 





Traces





250

Expérience 2 : air appauvri en dioxygène

 






++






40

Expérience 3 : absence de dioxygène

 






++++++






5,7

Le nombre de signes (+) est proportionnel à la quantité mesurée.
d'après Nutrition et métabolisme, P. Mazliak, 1995

Document 3 : les levures en fermentation alcoolique

Une cuve hermétique est reliée à une sonde qui permet de mesurer la concentration en dioxyde de carbone.

On remplit totalement la cuve avec une suspension de levures : le milieu est dépourvu de dioxgène et les levures ne peuvent que pratiquer la fermentation alcoolique.
Au début de la manipulation (t = 0 min), on injecte dans la cuve une solution de glucose.

Document 3a : évolution de la concentration en dioxyde de carbone dans la cuve en fonction du temps

Document 3b : évolution de la quantité de glucose dans le milieu

 

En début de manipulation
t = 0 min)

En fin de manipulation
t = 7 min)


Quantité de glucose


++++


++

Le nombre de signes (+) est proportionnel à la quantité de glucose.

d'après Manuels de Terminale spécialité, Nathan et Didier, 2002

LE CORRIGÉ


I - L'ANALYSE ET LES DIFFICULTES DU SUJET

a - Les thèmes et notions abordés

Le thème abordé est celui de la diversité des métabolismes. Les notions appelées sont les suivantes : hétérotrophie, fermentation, respiration, métabolisme cellulaire, énergétique cellulaire et son fameux ATP.

b - Les coups de pouce du sujet

Les documents sont d'analyse facile. La plupart d'entre eux proviennent de manuels scolaires et vous avez peut-être déjà eu l'occasion de les exploiter.
La question donne un cadre précis. Elle aide à l'interprétation et à l'organisation du devoir.

c - Les difficultés du sujet

Vous ne connaissez pas l'équation de la fermentation alcoolique et cela risque de vous paniquer. A tort, car elle n'est pas demandée et les documents, à eux seuls, vous permettent d'en retrouver les caractéristiques.

II - LES REPONSES ATTENDUES

a - L'analyse des documents

Document 1 :
Il s'agit de comparer deux données, la multiplication des levures et la quantité d'ATP produite, dans deux situations expérimentales, en présence ou en absence de dioxygène (O2).
On observe que l'accroissement de la population des levures et la quantité de moles d'ATP produites par mole de glucose consommée sont supérieures (´18 pour l'ATP produite) en condition aérobie, c'est-à-dire "respirable".

Document 2 :
Il s'agit d'apprécier l'évolution de deux paramètres, quantité d'éthanol produite et rendement de la culture de levures en fonction de la quantité en O2 du milieu. On note que la quantité d'éthanol produite croît, à l'inverse du rendement, avec le manque d'O2, c'est-à-dire avec l'incapacité à respirer.

Document 3 :
Il nous confirme qu'en absence d'O2, "les levures ne peuvent que pratiquer la fermentation alcoolique".
Le document 3.a) nous apprend que la fermentation alcoolique est accompagnée d'un dégagement de dioxyde de carbone (CO2).
Le document 3.b) nous indique que ce dégagement est à rapprocher de la consommation du glucose de la levure.

b - L'analyse de la question

L'énoncé met l'accent sur l'analyse des documents mais vous signale également que vous devrez faire intervenir vos connaissances (attention à ne pas réciter votre cours !)...
Les termes "retrouvez les caractéristiques...", indique que la définition de la fermentation ne doit pas être proposée au préalable mais finalement.
La signification de la fermentation intervient enfin dans le dernier terme du sujet : "comparez son rendement...". Votre plan doit donc comporter une partie traitant de l'énergétique cellulaire.

III - UN PLAN POSSIBLE

Il est utile de préciser dès l'introduction que la fermentation se produit en l'absence d'O2 (cf. document 2) et que sa première étape est identique à celle de la respiration : la glycolyse.

Vous pouviez ensuite suivre le plan suivant :

I - Caractéristiques biochimiques de la fermentation

Elle se déroule à partir du glucose (document 3.b) et conduit à :
● Production d'éthanol (document 2)
● Production de CO2 (document 3.a)
● Synthèse de deux molécules d'ATP par mole de glucose consommée (document 1)

On a donc l'équation bilan :
2 pyruvate 
® CO2 + éthanol
où la formation d'éthanol permet la régénération des transporteurs issus de la glycolyse.

II. Caractéristiques énergétiques de la fermentation

La fermentation permet la formation de 2 molécules d'ATP par mole de glucose (document 1.b)) un faible rendement de culture (document 1.a et document 2)

III - Comparaison des rendements de la fermentation avec celui de la respiration.

La respiration permet la synthèse de 36,3 molécules d'ATP par mole de glucose soit plus de 18 fois plus que la fermentation (document 1.b) et un rendement de la culture de levure près de 44 fois plus élevé (document 2).
La fermentation permet donc l'hétérotrophie cellulaire mais avec un rendement beaucoup plus faible que la respiration.
Vous pouviez conclure par une équation bilan de la fermentation.

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