Que sont les fonctions vitales ?
Un corps vivant fait sans arrêt du travail de réparation et d'entretien, même quand il semble immobile. Les cellules se détruisent et se reconstruisent, et les molécules ne cessent de circuler. Tout cela demande de l'énergie, et l'énergie vient de la nourriture.
Les tâches de base qui maintiennent un organisme en vie s'appellent les fonctions vitales :
- Nutrition : prendre de la nourriture (énergie et matière) dans le milieu extérieur.
- Respiration : décomposer la nourriture dans les cellules pour libérer de l'énergie.
- Transport : amener la nourriture, le dioxygène et l'eau à chaque cellule.
- Excrétion : éliminer les déchets dangereux produits par le corps.
Un organisme formé d'une seule cellule fait tout cela par sa surface. Un grand corps pluricellulaire a besoin d'organes spéciaux pour chaque tâche, car la plupart de ses cellules sont loin de l'extérieur.
Les modes de nutrition : autotrophe et hétérotrophe
Les autotrophes (ceux qui se nourrissent seuls) fabriquent leur propre nourriture à partir de choses simples et minérales : le dioxyde de carbone et l'eau. Les plantes vertes et certaines bactéries font cela. Les hétérotrophes (ceux qui se nourrissent d'autres êtres) en sont incapables ; ils mangent la nourriture fabriquée par d'autres, comme les animaux et les champignons.
La nourriture fabriquée par les autotrophes est la base de toutes les chaînes alimentaires, donc toute la vie dépend d'eux.
La photosynthèse : comment les plantes fabriquent leur nourriture
La photosynthèse est le processus par lequel les plantes vertes utilisent la lumière du soleil et la chlorophylle pour transformer le dioxyde de carbone et l'eau en glucose, en libérant du dioxygène.
6CO₂ + 12H₂O → (lumière, chlorophylle) → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O (forme équilibrée simple : 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂)
Les trois événements de la photosynthèse
- La chlorophylle absorbe l'énergie de la lumière.
- L'énergie lumineuse devient de l'énergie chimique, et l'eau est coupée en hydrogène et en oxygène.
- Le dioxyde de carbone est réduit (associé à de l'hydrogène) pour former un glucide.
Ces étapes n'ont pas besoin de se suivre immédiatement. Les plantes du désert absorbent le CO₂ la nuit (les stomates s'ouvrent quand il fait frais) et le stockent ; elles l'utilisent le jour, quand la lumière est là.
Où cela se passe-t-il ?
Surtout dans les cellules de la feuille, remplies de chloroplastes. Le glucose qui n'est pas utilisé tout de suite est stocké sous forme d'amidon, la banque de nourriture de la plante.
Les stomates et les matières premières
Les stomates sont de minuscules pores, situés surtout sur la face inférieure des feuilles. Chacun est gardé par deux cellules de garde en forme de haricot. Quand l'eau entre dans les cellules de garde, elles gonflent et le pore s'ouvre ; quand elles perdent de l'eau, elles rétrécissent et le pore se ferme. Les stomates laissent entrer le CO₂ et sortir le O₂, mais beaucoup de vapeur d'eau s'échappe aussi par eux ; la plante les ferme donc quand elle manque d'eau.
- CO₂ : vient de l'air, par les stomates.
- Eau : vient du sol, par les racines et le xylème.
- Sels minéraux (azote, phosphore, magnésium, fer) : viennent du sol. L'azote est absorbé sous forme de nitrates/nitrites pour fabriquer les protéines ; le magnésium fait partie de la chlorophylle.
Expériences et points clés pour l'examen
Test à l'amidon : garde une plante en pot dans le noir pendant 3 jours (pour épuiser son amidon), puis mets-la au soleil. Fais bouillir une feuille dans de l'alcool pour enlever la couleur verte, puis ajoute de l'iode. Les parties qui ont reçu de la lumière et qui contiennent de la chlorophylle deviennent bleu-noir (présence d'amidon).
La chlorophylle est-elle nécessaire ? Utilise une feuille panachée (taches vertes et blanches). Seule la partie verte devient bleu-noir.
Le CO₂ est-il nécessaire ? Place une plante dans un bocal fermé avec de l'hydroxyde de potassium (qui absorbe le CO₂). Sa feuille ne montre pas d'amidon.
Conseil d'examen : les questions sur l'équation, les trois événements, l'ouverture et la fermeture des stomates et l'expérience de dé-amidonnage tombent chaque année, souvent pour 2 à 3 points.
Formules et définitions clés
- 6CO₂ + 6H₂O → (lumière, chlorophylle) → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
- Fonctions vitales = nutrition + respiration + transport + excrétion
- Autotrophe : fabrique sa propre nourriture ; hétérotrophe : dépend des autres
- Chlorophylle : pigment vert des chloroplastes qui absorbe la lumière
- Stomate : pore pour les échanges de gaz, ouvert et fermé par les cellules de garde
- Amidon : forme de réserve du glucose chez les plantes ; devient bleu-noir avec l'iode
Exemples résolus
1. Cite les matières premières et les produits de la photosynthèse.
Matières premières : dioxyde de carbone (de l'air) et eau (du sol). Conditions nécessaires : lumière du soleil et chlorophylle. Produits : glucose (stocké sous forme d'amidon) et dioxygène (rejeté).
2. Pourquoi garde-t-on une plante dans le noir pendant 2 à 3 jours avant un test à l'amidon ?
Dans le noir, la plante ne peut pas fabriquer de nourriture, elle utilise donc l'amidon déjà présent dans ses feuilles. Ainsi, si de l'amidon apparaît après l'expérience, on sait qu'il a été fabriqué pendant l'expérience, et pas avant.
3. Une feuille de croton panachée est testée à l'iode après avoir été au soleil. Que vois-tu et qu'est-ce que cela prouve ?
Seules les parties qui étaient vertes deviennent bleu-noir ; les parties blanches restent brunâtres. De l'amidon n'a été fabriqué que là où il y avait de la chlorophylle, donc la chlorophylle est nécessaire à la photosynthèse.
4. Pourquoi les cellules de garde ferment-elles les stomates par une chaude après-midi ?
Par temps chaud, la plante perd beaucoup d'eau sous forme de vapeur par les stomates. Quand l'eau manque, les cellules de garde perdent de l'eau, deviennent molles et ferment le pore. Cela économise l'eau, mais ralentit aussi la photosynthèse car moins de CO₂ entre.
5. Pourquoi dit-on que les autotrophes sont la base de toute la vie sur Terre ?
Ils sont les seuls à transformer l'énergie lumineuse en énergie alimentaire. Les herbivores mangent les plantes, les carnivores mangent les herbivores, et les décomposeurs mangent les morts de tous. Sans autotrophes, plus aucune énergie alimentaire n'entre dans la chaîne.
Erreurs fréquentes
- Dire que les plantes font de la photosynthèse à la place de la respiration. Les plantes font LES DEUX : la photosynthèse dans les parties vertes à la lumière, la respiration dans toutes les cellules, tout le temps.
- Croire que le dioxygène rejeté vient du CO₂. Il vient de la coupure de l'eau.
- Écrire que les stomates sont sur la face supérieure. Dans la plupart des feuilles, ils sont surtout sur la face inférieure.
- Oublier de décolorer la feuille dans l'alcool (au bain-marie) avant d'ajouter l'iode ; la couleur verte cache le résultat.