- enseignement Catholique

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HGT - SCG
Biologie
UAA3
AUTEUR : Pascale Papleux
Fiche d’activité 1
Voir des molécules en 3D
Enoncé de l’activité
Visualiser à l’aide du logiciel Rastop les éléments chimiques qui composent les molécules du monde
vivant et les molécules du monde minéral.
Comparer les proportions et les caractéristiques des éléments présents dans les molécules constitutives
des êtres vivants pour établir des ressemblances au niveau de leur composition chimique.
Objectifs d’apprentissage
Identifier les éléments chimiques caractéristiques (C, H, O, N,…) des molécules qui constituent les êtres
vivants.
Réaliser une représentation schématique de la molécule d’ADN.
Mettre en évidence l’unité chimique des êtres vivants et en déduire que cela représente un indice de
parenté.
Remarque
Des liens peuvent être réalisés avec l’UAA3 de chimie (nomenclature et représentation des molécules
minérales).
Suggestions pour la démarche à suivre
Après que le professeur ait pris connaissance de l’annexe (voir page 3) permettant une prise en main
facile du logiciel, voici quelques idées pour mettre en œuvre une séquence de cours avec les élèves.
1
Document1
Découverte de l’organisation de la molécule d’ADN
a) L’organisation dans l’espace de la molécule d’ADN
But : faire découvrir à l’élève de combien de chaînes est constituée la molécule d’ADN, ainsi
que la forme en trois dimensions de cette molécule
1) Lancer le programme Rastop.
2) Ouvrir le dossier: ADN découverte et ensuite choisir le fichier : adn_h.pdb pour télécharger
un modèle de la molécule d’ADN.
3) Choisir la représentation « boules et bâtonnets »
.
4) Faire tourner la molécule dans tous les sens.
5) Choisir l’onglet :
et ensuite : « colorer par chaîne ».
6) Faire à nouveau tourner la molécule dans tous les sens.
7) Choisir l’onglet
et ensuite : « squelette carboné ».
Demander à l’élève de schématiser de manière simplifiée la molécule d’ADN.
b) Les atomes constitutifs de la molécule d’ADN
But : permettre à l’élève d’identifier les atomes présents dans la molécule d’ADN
1) Ouvrir le dossier: « ADN découverte » et ensuite choisir le fichier : « adn_h.pdb » pour
télécharger un modèle de la molécule d’ADN.
2) Choisir l’onglet
et ensuite : « commande ».
3) Ecrire dans la petite fenêtre qui s’affiche : restrict*B. Cette commande permet d’isoler un
des deux brins de la molécule.
4) Choisir l’onglet
, et ensuite : « colorer par CPK ».
5) En bas de l’écran, choisir « Trans/Zoom » puis actionner le curseur « Z » pour modifier la
taille de l’affichage. En cliquant sur n’importe quel atome de la molécule d’ADN, la première
lettre de l’atome s’affiche dans la fenêtre située en bas de l’écran.
c) Les nucléotides constitutifs de la molécule d’ADN
But : permettre à l’élève d’identifier les nucléotides constitutifs de la molécule d’ADN et la
complémentarité des nucléotides
1) Ouvrir le dossier: ADN découverte et ensuite choisir le fichier : adn_h.pdb pour
télécharger un modèle de la molécule d’ADN.
2) Choisir l’onglet
3) Cliquer sur l’onglet
et dans le menu déroulant choisir A pour adénine.
pour confirmer la sélection.
4) Cliquer sur
et choisir la couleur dans laquelle apparaitra tous les nucléotides
« adénine » de la séquence choisir.
5) Recommencer les opérations 2,3 et 4 pour chaque autre nucléotide (C, G et T).
Demander à l’élève de schématiser de manière simplifiée les nucléotides qui constituent la le modèle
de la molécule d’ADN.
2
Document1
Notes pour le professeur
Si la classe a accès à la salle multimédia, il est très facile de télécharger le logiciel « Rastop » sur les
différents ordinateurs. Avec le logiciel, le professeur associe un dossier « élève » contenant différents
types de molécules organiques et minérales. Ces modèles moléculaires sont facilement
téléchargeables sur internet (voir les liens en fin de ce document). Les élèves peuvent alors se mettre
par groupe de deux pour visualiser, caractériser, représenter, … les différents types de molécules
présentes dans le dossier
Si la classe n’a pas accès à la salle multimédia, la visualisation et l’analyse des molécules peuvent être
réalisées avec l’ensemble du groupe classe, à l’aide d’un vidéo-projecteur.
Développements attendus principalement visés
À partir de documents, identifier les éléments chimiques caractéristiques (C, H, O, N) des molécules
qui constituent les êtres vivants (eau et macromolécules organiques (protéines, glucides, ADN et
lipides)) (C2).
À l’aide d’un logiciel de simulation des molécules en 3D ou de photographies issues de ce type de
logiciel ou à l’aide de modèles moléculaires, l’élève cite le nom des principaux éléments chimiques qui
constituent les molécules organiques présentes chez les êtres vivants.
Réaliser une représentation schématique de la molécule d’ADN (échelle torsadée), à partir de
documents (C3).
À partir de plusieurs documents représentant la molécule d’ADN, l’élève schématise une molécule
d’ADN déroulée.
Identifier les origines des mutations (C6).
À partir de documents (par exemple : apparition de nouveaux caractères favorables chez un individu,
de cancers ou d’anomalie génétique), l’élève identifie que les mutations sont une modification de la
séquence des nucléotides de l’ADN et qu’elles apparaissent au hasard.
Relever des ressemblances (cellulaires, moléculaires, anatomiques, …) entre êtres vivants (UAA4 C1).
Pour différents êtres vivants, l’élève retrouve des caractéristiques communes au niveau cellulaire
(structures communes), au niveau moléculaire ou au niveau anatomique et fait l’hypothèse que ces
caractéristiques supposent une parenté et une origine commune pour ces êtres vivants.
Bibliographie
Banque de données « autour de l’ADN pour Rastop »
http://acces.ens-lyon.fr/acces/ressources/dyna/universalite-et-variabilite-de-la-moleculedadn/ressources/les-ressources-logiciels-et-donnees (page consultée le 9 juillet 2016)
Site qui présente le logiciel Rastop
http://acces.ens-lyon.fr/biotic/rastop/html/presentation.htm (page consultée le 9 juillet 2016)
Banque de données de molécules diverses (aa, protéines,…)
http://acces.ens-lyon.fr/acces/logiciels/externes/rastop/3d-db (page consultée le 9 juillet 2016)
Annexe
Apprendre à utiliser le logiciel Rastop
Le logiciel Rastop lit des fichiers .pdb. Cette extension signifie « protein data bank ». La protéine data
bank est une base de donnée mondiale dans laquelle les scientifiques stockent les fichiers d’observation
des molécules (avec les coordonnées des atomes). L’accès à Rastop et aux fichiers des molécules est
libre et gratuit.
Pour télécharger le logiciel : http://acces.ens-lyon.fr/biotic/rastop/html/telechargement.htm (page
consultée le 9 juillet 2016)
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Document1
Pour plus de facilité, il est conseillé de télécharger la version 2.01 (exécutable et répertoire d’aide)
Pour télécharger des molécules (ADN) :
http://acces.ens-lyon.fr/acces/ressources/dyna/universalite-et-variabilite-de-la-moleculedadn/ressources/les-ressources-logiciels-et-donnees (page consultée le 9 juillet 2016)
a) Choisir une molécule
Dans le menu principal : Fichier
Ouvrir
Cette commande est active si on a ouvert un nouvel univers : Fichier
Nouveau
Si on veut ajouter une autre molécule dans le même univers : Fichier
Ajouter
Attention, la nouvelle molécule s’affiche au centre de l’écran, superposée à la précédente.
Déplacer la première molécule (voir plus loin) avant d’en ajouter une autre
b) Modifier la représentation d’une molécule
Sphères
Etoiles
Fil de fer
Boules et
Bâtonnets
bâtonnets
Cacher
tout
c) Modifier le mode d’observation de la molécule
Rastop lit dans le fichier le nom et la position de tous les atomes. Tout en respectant ces
indications, Rastop propose des représentations différentes et dessine les liaisons déduites des
distances entre atomes.
c) Modifier le mode d’observation de la molécule
Pour effectuer une rotation de la molécule : Clic gauche glissé
Pour effectuer une translation de la molécule : Clic droit glissé
Pour grossir la molécule (zoom avant) : Maj (touche shift) + Clic gauche glissé vers le haut
Pour réduire la molécule (zoom arrière) : Maj (touche shift) + Clic gauche glissé vers le bas
Rastop calcule pour chaque commande la nouvelle position des atomes dans l'espace.
On peut aussi utiliser les commandes
situées en bas de l’écran pour faire déplacer
la molécule suivant les trois axes X, Y ou Z
et on peut aussi faire tourner la molécule
autour de chacun de ces axes. Il suffit de
déplacer l’un des 3 curseurs.
d) Colorer spécifiquement des atomes, des groupements d’atomes ou des liaisons
L’auteur de la représentation de la molécule a précisé dans le fichier pdb les groupements
d'atomes et leur nomenclature chimique.
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Document1
Rastop repère ces éléments dans le fichier et les colore selon les souhaits de l'utilisateur.
1) Afficher la palette de couleurs (bouton du menu principal pavé 4 couleurs)
2) Commencer une nouvelle sélection (menu déroulant)
3) Choisir « l’élément » à colorer (atomes, liaisons,…)
4) Choisir la couleur
5) Recommencer pour colorer un nouvel « élément »
Si on veut spécifiquement colorer un type d’atome par exemple
1) On sélectionne l’atome dans le menu déroulant « élément » (soit C, H, O,..)
2) On sélectionne dans la fenêtre « propriétés » : tout (par ex tous les atomes de c)
3) On clique ensuite sur « nouvelle sélection » (première icone « 2 rectangles décalés » à côté
de la fenêtre vide)
4) Cliquer sur la palette de couleurs
5) Choisir dans le menu déroulant « atomes »
6) Choisir la couleur souhaitée pour l’identification
Si on veut spécifiquement colorer un type de nucléotide dans une séquence de
molécule d’ADN :
1) On sélectionne le nucléotide correspondant dans le menu déroulant « élément » (soit
A, T, C, G)
2) On sélectionne dans la fenêtre « propriétés » : tout (par ex tous les atomes de c)
3) On clique ensuite sur « nouvelle sélection » (première icone « 2 rectangles décalés »
à côté de la fenêtre vide)
4) Cliquer sur la palette de couleurs
5) Choisir dans le menu déroulant « atomes »
6) Choisir la couleur souhaitée pour l’identification
e) Observer des liaisons hydrogène
La liaison hydrogène est une liaison s'établissant entre un atome "attracteur" d'électrons (O, N)
et un atome d'hydrogène. Rastop identifie ces liaisons en fonction de la nature des atomes et
de la distance entre eux.
Pour visualiser les liaisons hydrogène (par exemple dans la séquence d’uen molécule d’ADN) :
Dans le menu principal : Liaisons
Liaisons hydrogène
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