HPT
Formation scientifique
UAA13
AUTEURS : Brigitte Janssens, Pascale Papleux
Fiche d’investigation 1
Les caractères héréditaires
Au travers de cette démarche d’investigation, la compétence rencontrée sera :
« Sur base d’une démarche d’investigation, analyser les mécanismes de transmission de
caractères héréditaires, principalement chez l’être humain. »
Contexte
« Nous sommes tous des êtres humains. Mais comment expliquer nos ressemblances et nos
différences ?»
Problématisation
Le professeur demande aux élèves de compléter les deux tableaux de la fiche d’activité 1 :
-
Tableau relatif à la présence ou non de différents caractères morphologique ou physiologique au
sein des élèves de la classe
Tableau relatif à la présence ou non de différents caractères morphologique ou physiologique au
sein des membres d’une même famille.
Les élèves (en sous-groupes), après avoir complété les deux tableaux, constatent que :
a) Il existe des caractères propres à l’espèce humaine.
b) Les membres d’une même famille se ressemblent plus entre eux que des individus n’appartenant
pas à une même famille.
c) L’environnement peut influencer l’apparition de certains caractères qui eux ne sont pas transmis
héréditairement.
Questionnement possible des élèves pour poursuivre l’investigation
-
Comment un caractère héréditaire se transmet-il à l’intérieur d’une même famille, d’une génération
à la suivante ?
Recueil et traitement des informations (cœur de la démarche
d’investigation)
Le professeur distribue les documents relatifs à la fiche d’activité 2 :
-
des arbres généalogiques montrant comment un caractère est transmis de génération en
génération.
Les élèves (en sous-groupes), après avoir analysé les différents arbres généalogiques de la partie 2
du document, constatent qu’un caractère n’est pas nécessairement transmis à tous les individus de
chaque génération.
Document1
1
Questionnement possible des élèves pour poursuivre l’investigation
-
Quelle est l’origine de ces caractères héréditaires ?
Quelle est l’origine des individus ?
Où sont cachés les caractères héréditaires ?
Le professeur distribue les documents relatifs aux fiches d’activités suivantes :
a)
une expérience de transfert de noyau chez la souris, ou un autre animal (fiche d’activité 3) ;
b)
des photographies de cellules montrant les différents aspects du noyau (fiche d’activités 4) ;
c)
des caryotypes humains pour différentes cellules (fiche d’activité 5) ;
d)
des caryotypes anormaux (fiche d’activité 5) ;
e)
une expérience de transgénèse (fiche d’activité 6).
Les élèves (en sous-groupes), après avoir analysé les fiches d’activité 3 à 6, constatent que :
-
La cellule-œuf est à l’origine des individus.
-
Les expériences de transfert de noyau montrent que l’information génétique doit être contenue
dans le noyau des cellules.
-
Chez les êtres humains (à partir de l’analyse de différents caryotypes), toutes les cellules
contiennent 23 paires de chromosomes semblables, soit 46 chromosomes. La 23e paire est
différente selon le sexe de l’individu.
-
Des caryotypes anormaux font apparaitre des caractères différents. Donc, les chromosomes sont
porteurs de l’information héréditaire.
-
On peut transférer une portion de chromosome d’un individu d’une espèce à un individu d’une
autre espèce (expérience de transgénèse). L’individu exprimera alors le caractère porté par la
portion de chromosome. L’information portée par un gène est donc universelle.
-
Un gène est une portion de chromosome qui code pour un caractère héréditaire et chaque
chromosome contient de nombreux gènes. De plus, chaque gène est présent sur les deux
chromosomes de la même paire.
Questionnement possible des élèves pour poursuivre l’investigation
-
De quoi sont constitués les chromosomes ?
Y a-t-il une expérience qui permet de visualiser le constituant des chromosomes ?
Le professeur distribue les documents suivants :
a) un protocole qui permet d’extraire de l’ADN à partir des cellules végétales (fiche d’expérience 1) ;
b) un (ou différents) schéma(s) modélisant la structure de l’ADN (fiche d’activité 7).
Les élèves (en sous-groupes), après avoir analysé les différents documents de la fiche d’activité 7 ,
réalisent :
-
l’expérience (en suivant le protocole) et visualise la molécule : il s’agit d’un amas filamenteux
(« méduse ») ;
-
un schéma simple de la molécule d’ADN.
Questionnement possible des élèves pour poursuivre l’investigation
-
Un gène génère-t-il toujours le même caractère ?
Le professeur distribue les documents suivants :
a) un document sur les groupes sanguins (fiche d’activité 8) ;
b) quelques problèmes d’hérédité (autosomique ou liée au sexe) avec (ou sans) arbre généalogique
(fiche d’activité 9).
Document1
2
Les élèves (en sous-groupes), après avoir analysé cette partie :
-
-
identifient que les groupes sanguins du système ABO sont déterminés par un seul gène alors que
les individus présentent quatre groupes sanguins : A, B, O, AB.
découvrent donc que pour un même gène, il existe plusieurs allèles. De plus, les deux allèles d’un
même gène, présents dans les noyaux des cellules d’un individu (un sur chaque chromosome
d’une paire de chromosomes) ne s’expriment pas toujours.
analysent quelques problèmes simples d’hérédité chez l’être humain.
Questionnement possible des élèves pour poursuivre l’investigation
-
Quelle est l’origine de la variété des caractères héréditaires ?
Le professeur distribue les documents de la fiche d’activité 10 :
-
un (ou plusieurs) document(s) sur les mutations (par ex : mutation au niveau des yeux chez la
drosophile, de la couleur chez la souris aux abajoues…).
Les élèves (en sous-groupes), après avoir analysé les documents constatent que :
-
Une mutation se fait au hasard et conduit à l’apparition d’un nouveau caractère.
-
Une mutation correspond à une modification de la séquence de nucléotides d’un gène donné.
Communication
Le professeur, tout au long de cette démarche, aide les élèves à confronter leurs propositions aux
savoirs scientifiques. Il aide les élèves à structurer leurs connaissances et réalise une synthèse. Cette
synthèse peut être construite :
- au fur et à mesure de la réalisation des différentes activités de la démarche d’investigation ;
-
à la fin de toutes les activités, en reprenant les constats effectués à chaque étape.
Développements attendus principalement visés
Décrypter un caryotype humain afin d’en tirer des informations sur le genre ou sur une anomalie (A1).
Sur base d’un caryotype humain fourni par le professeur, l’élève identifie le genre de l’individu
(homme, femme), ainsi que la présence (ou non) d’anomalie.
Sur base d’un schéma donné, expliciter les liens conceptuels entre chromosome, ADN, gène, protéine
et caractère héréditaire (C3).
Sur base d’un schéma donné, l'élève met en évidence les différents niveaux d’organisation de
l’information génétique.
L’élève explicite que le chromosome est constitué d’une macromolécule d’ADN et qu’une portion
d’ADN correspond à un gène.
Expliciter que chaque gène peut exister sous des formes différentes menant à une variabilité des
caractères (C4).
L’élève explicite qu’il existe différentes versions d’un même gène (allèles) et que c’est cette diversité
des gènes qui est à l’origine de la variabilité des caractères héréditaires.
Sur base d’un exemple, expliciter que tous les caractères ne sont pas héréditaires (C5).
Sur base d’un document ou d’observations, l’élève explicite comment certains caractères héréditaires
peuvent varier suite au mode de vie (le développement de la musculature, l’excès de poids…) ou à
l’influence de l’environnement (le brunissement de la peau exposée au Soleil…) et que ces variations
ne sont pas héréditaires.
Sur base d’un document, préciser les caractéristiques d’une mutation (A2).
En utilisant un document (texte, schéma, vidéo), l’élève relève :
 les causes possibles des mutations,
 la conséquence d’une mutation sur la molécule d’ADN,
 les effets éventuels sur l’individu, suite à l’apparition d’une mutation.
Document1
3
Résoudre un problème simple d’hérédité chez l’être humain (T1).
Construire un échiquier de croisement pour expliquer un cas de monohybridisme chez l’être humain
(A3).
En se limitant à des cas de monohybridisme, l’élève interprète la transmission d’un gène en
établissant la matrice de croisement des individus concernés.
Interpréter la transmission d’un caractère à partir d’un arbre généalogique donné (T2).
Sur base d’un arbre généalogique illustrant la transmission d’un caractère, l’élève détermine si le gène
impliqué est dominant ou récessif et s’il est lié au sexe ou non.
Bibliographie
-
SCIENCE ET VIE JUNIOR, Nos gènes – Toutes les bases pour comprendre leurs pouvoirs, Hors –
série n°70, octobre 2007
-
SCIENCE ET VIE JUNIOR, Les pouvoirs des gènes – Ils expliquent nos ressemblances… et nos
différence!, Hors –série n°110, février 2015
-
Fonds national suisse de la recherche scientifique, Gènes ABC, http://www.gene-abc.ch/fr/, (page
consultée le 29/09/2014)
-
UNIVERSITÉ DE GENÈVE, Il était une fois… l’ADN,
http://www.medecine.unige.ch/enseignement/dnaftb/, 2002 (page consultée le 29/09/2014)
Document1
4