Proposition de progression

Eveline REY –Juin 2011
Problématique
Fil conducteur
Thème 1 - A : Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique
Activités - Supports
Capacités et attitudes
Notions exigibles (BO)
prérequis 3è, 2nde
Chap 1 : Transmission du patrimoine génétique
lors de la reproduction cellulaire
Intro/accroche :
Les cellules de l'organisme, à l'exception des cellules
reproductrices, possèdent la même information génétique
que la cellule-œuf dont elles proviennent par divisions
successives → possibilités de clonage thérapeutique.
Comment
la
reproduction
cellulaire
permet-elle
de
produire des cellules possédant
la même information génétique?
Les chromosomes présents dans le noyau sont le support
de l’information génétique.
Comment
les
chromosomes, Activité 1 : Les différentes étapes de la division I - La division cellulaire ou mitose
supports
de
l'information cellulaire.
génétique, sont-ils répartis dans
En général la division cellulaire est une reproduction
les cellules filles lors de la division DI : Comment observer des cellules en division?
conforme qui conserve toutes les caractéristiques du
cellulaire?
Observation de cellules lors des premières phases du DE
des animaux… ou des végétaux→ observation de CL d'apex
racinaires.
Manipuler et expérimenter.
Communiquer dans un langage scientifiquement
approprié.
Comment
la
distribution
des
chromatides
de
chaque
chromosome dans les cellules filles
lors de la mitose permet-elle la
conservation
de
l'information
génétique?
Activité 2 : Les mécanismes assurant
conservation de l'information génétique.
caryotype (nombre et morphologie des chromosomes).
Pistes : caryotype → définition de l'espèce; existence
d'anomalies du caryotype, sans en préciser l'origine
(méïose…)
la II - La conservation de l'information génétique
lors de la reproduction cellulaire
- Travail sur les expériences historiques de Meselson et
Stahl (1958) ayant permis de mettre en évidence le
mécanisme de réplication semi-conservative chez les
Procaryotes.
- Utilisation de logiciels permettant de comprendre le
mécanisme de réplication semi-conservative.
- Calcul de la vitesse de réplication chez les Eucaryotes.
Recenser, extraire et organiser des informations
Pratiquer une démarche scientifique (observer,
questionner, prévoir des résultats expérimentaux,
raisonner avec rigueur).
Percevoir le lien entre sciences et techniques.
Montrer de l’intérêt pour les progrès scientifiques et
techniques.
Chaque chromatide contient une molécule d’ADN.
Structure de l’ADN en double hélice, séquence de
nucléotides
Au cours de la phase S, l’ADN subit la réplication semiconservative. En absence d’erreur, ce phénomène
préserve, par copie conforme, la séquence des nucléotides.
Ainsi, les deux cellules filles provenant par mitose d’une
cellule mère possèdent la même information génétique.
Pistes : comprendre la méthode de PCR.
Comment
ces
différents
évènements
affectant
les
chromosomes s'enchaînent-ils lors
du
passage
d'une
génération
cellulaire à une autre?
Activité 3 : Les différentes étapes d'un cycle III - Le comportement des chromosomes lors
cellulaire.
d'un cycle cellulaire
TC : Identifier et schématiser les différentes phases
d'un cycle cellulaire.
Matériel et documents :
- préparations microscopiques et/ou photographies de
cellules Procaryotes, Eucaryotes (animales et végétales)
observées en MO et en MET pendant les différentes
phases de l'interphase et de la mitose.
- données chiffrées montrant les variations de la quantité
d'ADN dans une cellule au cours d'un cycle cellulaire.
L’ADN est une molécule qui peut se pelotonner lors de la
division cellulaire, ce qui rend visibles les chromosomes.
Les chromosomes sont des structures constantes des
cellules eucaryotes qui sont dans des états de
condensation variables au cours du cycle cellulaire.
Recenser, extraire et organiser des informations.
Manipuler.
Communiquer dans un langage scientifiquement
approprié.
Les différents évènements d'un cycle
cellulaire permettent donc de produire
des cellules possédant la même
information
génétique.
Pourtant
l'apparition de caractères nouveaux au
cours des générations et la succession
de formes vivantes variées au cours des
temps géologiques suggèrent des
modifications
de
l'information
génétique.
Comment
modifications
génétique
survenir?
IV - Des modifications possibles de l'information
génétique lors de la reproduction cellulaire
de
telles Activité 4 : Des modifications possibles de
de l'information l'information génétique : les mutations.
3è : Un gène peut exister sous des versions différentes
appelées allèles. L’apparition de caractères nouveaux au
peuvent-elles
TC : Pourquoi doit-on utiliser des crèmes solaires? (cf
documents d'accompagnement MPS)
cours des générations suggère des modifications de
l’information génétique : ce sont les mutations.
Matériel et documents :
- différent(e)s documents/données permettant de mettre
en évidence l’influence des UV sur des populations
humaines;
- matériel permettant de concevoir et de réaliser un
protocole montrant l’influence de l’irradiation d’une
culture de levures par des UV (suivi du taux de mortalité).
Recenser, extraire et organiser des informations.
Pratiquer une démarche scientifique.
Manipuler et expérimenter.
Être conscient de sa responsabilité face à
l’environnement, la santé, le monde vivant.
Comment
ces
mutations
peuvent-elles être transmises
d'une génération à la suivante?
Quel est leur impact sur le
monde vivant?
2nde : La variation génétique repose sur la variabilité de la
molécule d’ADN (mutation). La diversité des allèles est l’un
des aspects de la biodiversité.
Pendant la réplication de l’ADN surviennent des erreurs
spontanées et rares, dont la fréquence est augmentée par
l’action d’agents mutagènes. L’ADN peut aussi être
endommagé en dehors de la réplication.
Le plus souvent l’erreur est réparée par des systèmes
enzymatiques. Quand elle ne l’est pas, si les modifications
n’empêchent pas la survie de la cellule, il apparaît une
mutation, qui sera transmise si la cellule se divise.
Activité 5 : Diversité, devenir et conséquences
des mutations.
- Travail sur documents montrant la diversité des agents
mutagènes présents dans notre environnement.
- Utilisation de logiciels permettant de montrer les
différents types de mutations.
- Travail sur documents montrant la nécessité qu'une
mutation survienne dans une cellule germinale pour qu'elle
devienne héréditaire.
- Travail sur documents/données permettant de
caractériser la diversité allélique d'une population.
Recenser, extraire et organiser des informations.
Communiquer dans un langage scientifiquement
approprié.
Comprendre le lien entre les phénomènes naturels et le
langage mathématique.
Une mutation survient soit dans une cellule somatique (elle
est ensuite présente dans le clone issu de cette cellule)
soit dans une cellule germinale (elle devient alors
héréditaire).
Les mutations sont la source aléatoire de la diversité des
allèles, fondement de la biodiversité.
Chap 2 : Expression du patrimoine génétique
Comment les gènes peuvent-ils
être
à
l'origine
des
caractéristiques d'un individu?
Que "commandent" les gènes?
Intro/accroche :
Activité 6 : Les gènes à l'origine de protéines
2nde : la contraction musculaire conduit à un mouvement
Téléthon - Myopathie de Duchenne = maladie génétique
conduisant au dysfonctionnement des muscles.
I - Une expression sous forme de protéines
La transgénèse montre que l’information génétique est
contenue dans la molécule d’ADN et qu’elle y est inscrite
dans un langage universel.
- Etude de certains cas de myopathies de Duchenne dus à
des mutations ponctuelles du gène codant la dystrophine
→ notion d'information génétique variable d'un individu à
un autre.
- Rappels de 2nde sur la transgénèse et généralisation avec
un exemple de thérapie génique.
- Utilisation du logiciel ANAGENE pour mettre en
évidence la correspondance entre 3 bases azotées de
l'ADN et un acide aminé de la protéine.
→ notion de code génétique universel à quelques
exceptions près.
Recenser, extraire et organiser des informations.
Comprendre qu’un effet peut avoir plusieurs causes.
La séquence des nucléotides d’une molécule d’ADN
représente une information. Le code génétique est le
système de correspondance mis en jeu lors de la
traduction de cette information. À quelques exceptions
près, il est commun à tous les êtres vivants.
Les portions codantes de l’ADN comportent l’information
nécessaire à la synthèse de chaînes protéiques issues de
l’assemblage d’acides aminés.
L’ensemble des protéines qui se trouvent dans une cellule
(phénotype moléculaire) dépend donc du patrimoine
génétique de la cellule (une mutation allélique peut être à
l’origine d’une protéine différente ou de l’absence d’une
protéine).
Comment les gènes dirigent-ils la Activité 7 : Des gènes aux protéines
synthèse des protéines?
II - Les mécanismes de la synthèse des protéines
- DI basée sur la démarche historique :
A la fin des années 1950, on sait que les gènes codent pour
l'assemblage ordonné des acides aminés d'une protéine
synthétisée au niveau des ribosomes cytoplasmiques.
Comment passer de l'information génétique contenue dans le
noyau à des protéines synthétisées dans le cytoplasme?
1961 : MONOD, JACOB et LWOFF font l'hypothèse de
l'existence d'un nouvel ARN, l'ARNm, fabriqué à partir des
gènes et transporté au niveau des ribosomes.
1961 : l'hypothèse est confirmée, puis la réalité du code
génétique est démontrée par NIREMBERG ET MATTHAEI.
Comment mettre en évidence le système de correspondance
entre les bases azotées de l'ARNm et les acides aminés des
protéines?
1965 : élucidation du code génétique par NIREMBERG ET
MATTHAEI.
- Etude d'animations (ex : sur http://www.snv.jussieu.fr/vie )
permettant de comprendre les mécanismes de la
transcription et de la traduction.
L'ensemble
des
caractéristiques
phénotypiques d'un individu doit donc
théoriquement être déterminé par son
génotype via la synthèse de protéines.
Pourtant deux vrais jumeaux ne sont
jamais des personnes rigoureusement
identiques
ce
qui
suggère
que
l'expression des gènes peut être
modulée par différents facteurs.
Recenser, extraire et organiser des informations.
Pratiquer une démarche scientifique (observer,
questionner, prévoir des résultats expérimentaux,
raisonner avec rigueur).
Montrer de l’intérêt pour les progrès scientifiques et
techniques.
Chez les eucaryotes, la transcription est la fabrication,
dans le noyau, d’une molécule d’ARN pré-messager,
complémentaire du brin codant de l’ADN. Après une
éventuelle maturation, l’ARN messager est traduit en
protéines dans le cytoplasme.
Comment l'expression d'un même Activité 8 : D'un gène à différents phénotypes.
gène
peut-elle
conduire
à
différents
caractères - Exemple de la différenciation des cellules musculaires:
au cours du DE, différents types cellulaires sont stimulés par un
phénotypiques?
facteur externe FGF, puis se différencient soit en fibroblastes,
soit en cellules musculaires (perte du récepteur à FGF →
activation des gènes de la famille MyoD = facteurs de
transcription activant d'autres gènes). Les gènes MyoD ne
s'expriment pas dans les fibroblastes
- Exemple de l'épissage alternatif du gène de la
tropomyosine → protéine différente dans les cellules
musculaires, les fibroblastes ou les neurones.
→ rôle de signaux cellulaires dans l'expression des
III
Une
expression
l'environnement du gène.
influencée
par
3è : Les facteurs environnementaux peuvent modifier
certains caractères.
Un même ARN pré-messager peut subir, suivant le
contexte, des maturations différentes et donc être à
l’origine de plusieurs protéines différentes.
L’ensemble des protéines qui se trouvent dans une cellule
(phénotype moléculaire) dépend aussi de la nature des
gènes qui s’expriment sous l’effet de l’influence de
facteurs internes et externes variés.
gènes.
- Travail par ateliers : recherche d'informations
mettant en évidence le rôle
de
facteurs
environnementaux dans l'expression des gènes.
Recenser, extraire et organiser des informations.
Être capable d’attitude critique face aux ressources
documentaires.
CCl : Le phénotype macroscopique dépend du phénotype
cellulaire, lui-même induit par le phénotype moléculaire.