Martine DELVIGNE Michel FAWAY

1. La membrane cytoplasmique :porte d’entrée et de sortie de la cellule Quelques expériences réalisables en classe sur les transports passifs et un outil d’évaluation FORFOR 2010 Martine DELVIGNE Michel FAWAY UCL

2. Déroulement de l’atelier • Trois situations différentes (Famille de tâches 1) : - présentation • Des activités de découverte (Famille de tâches 2) : • expériences • Source • http://www.vanin.be/cms_master/bioenligne/ • Résolution de la tâche (formatif) • Un outil d’évaluation • - certicative • Timing : 3 + 1 = 4 H

3. Trois situations différentes (Famille de tâches 1) : • Propositions de réalisation : - tous les élèves reçoivent les 3 mises en situation. - répartir en X groupes de 3 ou 4 élèves de manière aléatoire les différentes situations (une couleur pour chaque situation) (6 groupes regroupés par couleur). • Présentation de la tâche

4. Familles de tâches Tâche : • Utilise des ressources • Doit être : • novatrice ou inédite • adidactique :aucune démarche • complexe : utilise plusieurs ressources. • Production : texte, tableau, graphique, rapport..

5. La 1ère situation Tu es en blocus, tu veux être en pleine forme pour réussir et tu appliques quelques règles d’hygiène. Il est 16 heures et tu fais une pose. Sur la table de la cuisine un magnifique plat de fraises que ta maman avait nettoyées, bien égouttées et saupoudrées d’un peu sucre, en début de journée. Tu te sers de ces délicieux fruits et ta maman constate la présence de jus rosé dans le fond du plat. Dépitée, elle te pose la question : mais d’où peut bien provenir ce liquide rosé ? 

6. La 2e situation Une étudiante en médecine a réalisé des préparations microscopiques de globules rouges ayant séjourné dans différents milieux (eau distillée, solution d’eau de mer, sérum physiologique) mais elle a oublié de noter à quelle préparation correspond chacun de ces clichés photographiques. A B C Les globules rouges observés dans un frottis sanguin ont le même aspect que ceux du cliché C. Indique sous chaque photographie, le milieu dans lequel les globules rouges étaient placés en justifiant ta réponse.

7. 3e situation Samedi, journée scout, toute ta petite troupe se promène dans la campagne voisine que vous appréciez beaucoup. Mais qu’elle n’est pas ta surprise de constater que les abords habituellement très fleuris du chemin sont quasiment à nu. Inquiet, tu demandes au fermier du coin s’il en connaît la raison. « Depuis la création du club de golf et du restaurant y attenant, il y a énormément de circulation, même l’hiver, et la commune ne lésine pas sur les épandages de sel (chlorures de calcium, de sodium) durant l’hiver. » Fournis une hypothèse qui permettrait d’expliquer le lien existant entre la disparition des plantes et les épandages de sel.

8. Activités de découverte (partie expérimentale) • Faire découvrir le concept de DIFFUSION • Les substances se déplacent • Faire découvrir la PERMÉABILITÉ SÉLECTIVE des membranes biologiques  La membrane laisse entrer et sortir certains composés • Perméabilité des tissus animaux • Faire découvrir le concept d’OSMOSE  L’osmose à l’échelle macroscopique • L’osmose à l’échelle cellulaire

12. INTERPRÉTATIONS ET CONCLUSIONS 1) Explique les résultats obtenus dans les différents berlins. 2) Modélise la situation initiale et la situation en fin d’expérience dans les trois berlins. Les molécules d’eau seront représentées en bleu et les molécules d’encre dans une autre couleur. 3) Le phénomène observé dans les berlins 1 et 2 porte le nom de diffusion. Construis une définition de ce concept.

17. INTERPRÉTATIONS ET CONCLUSIONS • Quels sont les composés qui ont franchi le boyau de porc ? • Justifie ton affirmation. • 2) Comment expliques-tu le sens de migration ? • 3) Comment appelle-t-on ce mode de transport ? • 4) Quel composé traverse le plus rapidement le boyau de porc ? • 5) Quel composé ne peut pas traverser le boyau de porc ? • Fournis la preuve de ce que tu affirmes. • 6) Dans le schéma ci-dessous, trace le trajet des différentes substances qui ont • traversé le boyau de porc en indiquant la substance et le sens de migration. • 7) Propose un modèle explicatif du phénomène observé. Emets une hypothèse • qui permettrait d’expliquer ce phénomène. • 8) Les biologistes affirment que la membrane cytoplasmique présente une • perméabilité sélective. Avec tes propres mots, explique ce que signifie cette • affirmation.

18. Tu vas étudier le passage de certaines substances à travers les membranes cellulaires. La membrane coquillière interne de l’œuf te servira de membrane expérimentale. MATÉRIEL

19. MODE OPÉRATOIRE • Verse 30 ml d’eau dans le berlin de 100 ml, ajoutes-y 2 g d’amidon et porte-la à ébullition afin d’obtenir une solution translucide, un empois d’amidon. Note sur ce berlin « empois d’amidon » et laisse-le refroidir. • Prélève 1 ml d’empois d’amidon que tu verses dans un tube à essai, et ajoute quelques gouttes de la solution de Lugol. Le Lugol est un réactif spécifique à l’amidon. • Quelle couleur prend la solution ? • Remplis le verre avec de l’empois d’amidon. • Casse un œuf en deux avec un couteau en donnant un coup sec à l’équateur de l’œuf et verse le contenu à la poubelle. Conserve la moitié de la coquille dans laquelle tu observes une poche d’air entre la coquille et la membrane coquillière interne. Frappe sur le sommet de l'œuf avec la pince pour y provoquer des cassures, et enlève avec la pince quelques fragments de coquille enlève la membrane externe sans toucher la membrane coquillière interne pour découvrir une partie de la membrane sans l’endommager. Vérifier que la membrane n'est pas percée en mettant un peu d'eau au fond de la coquille. Aucune goutte ne doit couler. • Ajoute la solution de Lugol dans ta coquille. • Place-ta coquille ainsi préparée sur le verre remplis d’empois d’amidon, le fond de la coquille doit toucher l’amidon.. • Schématise le dispositif ainsi réalisé et note les caractéristiques des solutions comprises dans le verre et dans la coquille d’œuf. • Observe périodiquement ton dispositif expérimental et note les modifications observées.

21. INTERPRÉTATIONS ET CONCLUSIONS 1) Quel est le composé qui a franchi la membrane de l’œuf ? Justifie ton affirmation. 2) Comment expliques-tu le sens de migration ? 3) Comment appelle-t-on ce mode de transport ? 4) Quel composé ne traverse pas la membrane de l’œuf ? Fournis la preuve de ce que tu affirmes. 5) Propose un modèle explicatif du phénomène observé. Emets une hypothèse qui permettrait d’expliquer ce phénomène. 6) Les biologistes affirment que la membrane cytoplasmique présente une perméabilité sélective. Avec tes propres mots, explique ce que signifie cette affirmation.

25. MODE OPÉRATOIRE ET OBSERVATIONS • 1) Numérote les 3 boîtes de Petri et remplis-les respectivement avec : • a) l’eau distillée; • b) la solution de saccharose; • c) la solution de rouge neutre (si tu n’utilises pas des oignons rouges). • 2) Coupe un bulbe d’oignon en deux et prélève trois fragments, les plus minces possible, d’épiderme de la face interne • d’une « écaille » charnue (feuille transformée). • 3) Si ce ne sont pas des oignons rouges, place les 3 fragments d’épiderme dans la solution de rouge neutre pendant • cinq minutes. • 4) Place un fragment d’épiderme d’oignon dans la boîte de Petri contenant l’eau distillée et deux fragments dans la • boîte de Petri contenant du saccharose. • 5) Laisse les fragments cinq minutes dans leur solution. • 6) Réalise une première préparation microscopique, dans une goutte d’eau distillée, avec le fragment placé dans l’eau • distillée. Observe ta préparation au microscope. • 7) Réalise une deuxième préparation microscopique, dans une goutte de solution de saccharose, avec • un des fragments placés dans la solution de saccharose. Observe ta préparation sans attendre. • 8) Réalise un dessin légendé de quelques cellules des deux premières préparations. • 9) Réalise une troisième préparation microscopique, dans une goutte d’eau distillée, avec le second fragment placé • dans la solution de saccharose. Observe ta préparation au microscope sans attendre. • 10) Décris en quelques mots ce que tu observes. Compare tes observations avec les précédentes. • 11) Laisse cette troisième préparation sous le microscope et observe toutes les cinq minutes. Eteins la lampe entre • deux observations pour éviter la dessiccation de la préparation. • 12) Décris en quelques mots les modifications qui apparaissent.

26. Dans la solution de saccharose : milieu hypertonique Plasmolyse

27. Dans l’eau distillée : milieu hypotonique Turgescence

28. DÉPLASMOLYSE PLASMOLYSE

29. INTERPRÉTATION Propose des hypothèses permettant d’expliquer les phénomènes observés.

30. Milieu hypotonique Milieu hypertonique Milieu isotonique

31. Résolution de la tâche • La 1ère situation : les fraises Le sucre saupoudré sur les fraises se dissout dans le peu d’eau diffusant hors des fruits. La concentration en sucre étant grande à l’extérieur des fruits, le phénomène d’osmose va donc entraîner vers l’extérieur la sortie de l’eau contenue dans les fraises, ce qui justifie l’eau présente dans le fond du plat. La couleur rosée résulte de la diffusion d’un pigment rouge contenu dans les fraises? Du sucre va aussi entrer dans les fraises par diffusion.

32. La 2 ième situation :GR • Photo A Les hématies se rétractent car elles perdent de l’eau. Le milieu extérieur hypertonique étant plus concentré que le cytoplasme hypotonique, l’eau quitte les globules par osmose pour tendre vers l’isotonie. • Photo B Les hématies gonflent car elles absorbent de l’eau. Le milieu extérieur étant moins concentré (hypotonique) que le milieu intérieur (hypertonique), l’eau pénètre dans les globules par osmose pour tendre à l’isotonie. • Photo C Les hématies ont le même aspect que dans le plasma sanguin parce que la solution A est isotonique au plasma sanguin  aucun déplacement d’eau

33. La 3 ième situation :  épandage • Aux abords du chemin, la concentration en sel est très grande dans le sol où poussent les plantes; les plantes perdent une grande quantité d’eau par osmose et donc se dessèchent. - Le sel, plus concentré dans le sol que dans la plante, va diffuser dans les tissus de la plante. En grande quantité, le sel peut provoquer la mort de la plante par intoxication.

34. Proposition d’évaluation certificative.

35. Quel spray dois-je utiliser ? Julien, 7 ans, a un gros rhume et son nez est congestionné (accumulation de liquide dans les tissus). Sa maman se dirige vers l’armoire à pharmacie familiale. Elle trouve 2 sprays différents ayant un effet sur la sphère ORL (oto-rhino-laryngologie : étude de l'oreille, du nez et du larynx) mais elle ne sait lequel utiliser et te demande conseil. Voici les notices accompagnant ces deux produits. HYPER BONNEMER Solution physiologique d'eau de mer filtrée, 100% naturelle et sans conservateur qui bénéficie des propriétés reconnues des sels minéraux et oligo-éléments marins : cuivre, fer, manganèse, sélénium, zinc, .... Composition pour 100 ml : Eau de mer : 31,82 ml - Eau distillée : 68,18 ml. L'utilisation de  BONNEMER est préconisée quotidiennement à raison de 2 à 6 pulvérisations par jour dans chaque narine. BONNEMER Solution d’eau de mer hypertonique filtrée, 100 % naturelle et sans conservateur. Riche en sels minéraux et oligo-éléments marins, et plus particulièrement en cuivre et manganèse. Pulvériser 1 à 3 pulvérisatons fois par jour dans chaque narine. A partir de 6 ans. Composition : Eau de mer : 75 % / Eau distillée : 25% Quel spray vas-tu conseiller à la maman de Julien ? Argumente ton choix.

36. Consignes : Modélise la composition et le mode d’action de ces 2 sprays. Accompagne ta modélisation d’un texte utilisant les termes scientifiques appropriés. L’ensemble tiendra sur une page A4, environ. Tu as 30 minutes pour prendre connaissance du problème et rédiger le document. Critères d’évaluation et pondération

37. OUTIL D’EVALUATION Biologie Documents pour le professeur

38. Compétences, savoirs et savoir-faire évalués dans le cadre de cette épreuve :

39. Grille d’évaluation