Document 2 - Sciences de la Vie et de la Terre
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UTILISER LES TÂCHES COMPLEXES POUR EXERCER LES ELEVES A L’EXERCICE DE TYPE II-2 DU BAC PREMIER EXEMPLE : sur le thème 1 DEUXIEME EXEMPLE : sur le thème 3 Olivier Hanecart Karine Voyer PREMIER EXEMPLE : LE METABOLISME D’UNE CELLULE Thème 1 Seconde : La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant : une planète habitée. Partie : La nature du vivant Connaissances : « De nombreuses réactions chimiques se déroulent à l’intérieur de la cellule : elles constituent le métabolisme. Il est contrôlé par les conditions de milieu et le patrimoine génétique. » Capacités et Attitudes travaillées : - - Exploiter des documents et mettre en relation des informations Exploiter des graphiques Apporter les connaissances personnelles et les mettre en relation Répondre à une problématique METABOLISME DES LEVURES ET UTILISATION DU SACCHAROSE Différentes souches de levures existent dans le monde vivant : elles diffèrent par leur information génétique et par la manière d’exploiter les ressources du milieu disponible pour vivre. Parmi elles, on distingue des souches de levures sauvages appelées SACC+ et des souches mutantes appelées SACCCes deux souches produisent l’énergie nécessaire à leur fonctionnement par respiration cellulaire. Les souches sauvages SACC+ peuvent se développer aussi bien dans un milieu de culture contenant du glucose que dans un milieu de culture dépourvu de glucose, mais contenant du saccharose. Par contre, les souches mutantes ne peuvent se développer que dans un milieu de culture contenant du glucose. Dans un laboratoire de biologie, on cherche à comprendre le lien entre l’information génétique portée par chaque souche et l’utilisation des ressources du milieu pour se développer. Pour cela, ce laboratoire dispose des deux souches que l’on souhaite étudier. QUESTION A l’aide de l’exploitation des documents associée à l’utilisation des connaissances : - identifier les deux types de souches, en expliquant la démarche utilisée et en exploitant les graphiques - expliquer pourquoi la souche mutante SACC- ne peut pas se développer dans un milieu avec du saccharose contrairement à la souche sauvage SACC+. Votre réponse sera structurée avec une introduction, comportant le problème à résoudre ; un développement comportant les deux graphiques collés et légendés le plus complètement possible et une conclusion répondant au problème posé. L’ordre d’exploitation des documents est laissé libre. Document 1 : identification des deux souches de levures par une étude expérimentale Document 1.1 : dispositif expérimental utilisé : A l’aide d’un dispositif EXAO ci-contre, relié à un ordinateur, on peut étudier la respiration des deux souches : on place dans le bioréacteur une souche à étudier, avec les deux sondes à O2 et à CO2, puis on lance l’enregistrement et à deux minutes trente, on injecte 1 ml de saccharose. On obtient des graphiques (doc 1.2). Dispositif EXAO permettant d’étudier la respiration cellulaire D’après www.jeulin.fr Document 1.2 : résultats expérimentaux obtenus : chaque graphique correspond soit à la souche SACC+ soit à la souche SACC Concentration en O2 en mg/l Graphique 1 : 1ère souche étudiée Concentration en CO2 en mg/l Temps en min Injection de 1 ml de saccharose Document 2 : le saccharose et la saccharase Le saccharose est une molécule glucidique de grande taille composée de l’assemblage de 2 autres molécules : une molécule de fructose assemblée avec une molécule de glucose. Le saccharose peut être coupé en ses 2 molécules constitutives par une enzyme appelée saccharase Lors de la respiration cellulaire, seul le glucose peut-être dégradé. Document 3 : information génétique des 2 souches Les deux souches de levure de boulanger SACC+ et SACCprésentent 2 allèles différents (allèle sacc + et allèle sacc –) pour le gène dirigeant la fabrication d’une enzyme, la saccharase. Seul un des 2 allèles permet la synthèse d’une saccharase capable de couper le saccharose en glucose et fructose. Il est possible de comparer la séquence nucléotidique des 2 allèles en utilisant un logiciel de comparaison moléculaire appelé Anagène, dont le résultat est fourni ci-dessous : Comparaison des séquences nucléotidiques des allèles sacc+ et sacc- avec le logiciel anagène D’après copie d’écran du logiciel anagène ELEMENTS DE CORRECTION Critères de réussite Chaque critère réalisé peut être coché, permettant de mieux situer la copie lors de l’utilisation de la grille curseur 1 - Qualité de la démarche : liste de critères permettant de repérer la qualité de la démarche Compréhension du problème posé Extraction d’informations pertinentes des documents Apport d’informations pertinentes à partir des connaissances Mise en relation des informations issues des documents et des connaissances Mise en œuvre d’un raisonnement rigoureux, esprit critique Bilan clair proposé Graphiques légendés 2 - Eléments scientifiques Compréhension globale : Les deux souches de levures n’ont pas la même information génétique : la souche SACC- présente une mutation pour l’allèle permettant de fabriquer la saccharase : elle ne peut pas couper le saccharose en glucose (et fructose), et ne dispose donc pas dans son milieu de glucose pour réaliser la respiration cellulaire : lors de la manipulation EXAO réalisée, elle ne respire pas (1ère souche étudiée) contrairement à la souche SACC + qui respire en présence de saccharase (2ème souche étudiée) L’information génétique portée par une cellule détermine donc les ressources du milieu utilisées pour se développer. Éléments scientifiques issus des connaissances la respiration cellulaire permet à la cellule de dégrader le glucose en présence d’O2. Cette réaction produit de l’énergie nécessaire au développement des cellules et s’accompagne d’un rejet de CO2 et d’eau . les sondes à O2 et à CO2 reliées au dispositif EXAO permettent de suivre les concentrations en ces deux gaz dans le milieu expérimental Éléments scientifiques issus des documents sur le graphique 1, la 1ère souche étudiée ne respire pas sans saccharose ; à l’injection de saccharose, les concentrations en CO2 et en O2 ne varient pas : cette souche n’utilise pas le saccharose, c’est la souche SACC –. sur le graphique 2, la 2ème souche étudiée ne respire pas sans saccharose ; à l’injection de saccharose, la concentration en CO2 augmente et la concentration en O2 diminue : cette souche utilise le saccharose, c’est la souche SACC +. graphique 1 et 2 correctement légendés avec titres, identification des différentes parties, sens de variation des concentrations indiquées … le saccharose est une molécule constituée de glucose et de fructose le saccharose peut être coupé en 2 molécules grâce à une enzyme, la saccharase les deux souches de levures ne possèdent pas la même information génétique la souche SACC- porte l’allèle sacc – qui présente une mutation sur le nucléotide 800 : un nucléotide C (cytosine) à la place d’un nucléotide T ( thymine) l’allèle sacc – ne permet de fabriquer la saccharase la souche SACC- ne peut pas couper le saccharose en glucose et fructose : sans glucose dans le milieu de culture, elle ne respire pas. la souche SACC + porte l’allèle sacc + qui ne présente pas de mutation l’allèle sacc + permet de fabriquer la saccharase la souche SACC+ peut couper le saccharose en glucose et fructose : sans glucose dans le milieu de culture, mais avec du saccharose, elle peut respirer. la souche SACC + dégrade grâce à la saccharase le saccharose en glucose (+ fructose), le glucose est ensuite dégradé lors de la respiration cellulaire. Outil de détermination de note : grille curseur Une proposition d’adaptation au niveau seconde, dans l’esprit de celle utilisée en Terminale S SECOND EXEMPLE : VERSION SOMMATIVE Vous êtes un médecin devant délivrer un certificat d’aptitude au sport pour deux patients : - le patient A souhaite pratiquer l’athlétisme à haut niveau ; - le patient B souhaite reprendre une activité sportive après une sédentarité de 15 années. A partir de l’exploitation complète des informations des documents, rédiger votre compte-rendu médical argumenté afin de délivrer ou non un certificat d’aptitude au sport à chacun des deux patients. Votre compte-rendu doit contenir les arguments relevant des documents et de vos connaissances afin que les patients comprennent votre décision. Le calcul du débit cardiaque et son évolution sont attendus pour argumenter la délivrance ou non du certificat d’aptitude au sport. Document 1 : fréquence cardiaque et volume d’éjection systolique au cours d’activités d’intensité croissante chez deux patients A et B Document 2 : coronarographie cardiaque suite à une injection d’iode (produit qui est opaque aux rayons X) L’injection d’iode a eu lieu dans les artères coronaires (artères irriguant le muscle cardiaque), ce qui les rend observables. L’examen chez chaque patient est effectué au repos et en position allongée. Document 3 : données sur l’infarctus cardiaque Les causes de mort-subite diffèrent selon l’âge. Chez le jeune athlète, on retrouve le plus souvent une anomalie cardiaque qui n’avait pas été diagnostiquée jusqu’alors. En revanche, lorsqu’une personne reprend une activité sportive après 40 ans, le décès est causé en général par un athérome coronaire. Le rétrécissement des artères coronaires à cause des plaques d’athérome n’autorise plus un débit sanguin suffisant pour irriguer le cœur lors de l’effort. Ainsi, un débit sanguin correct dans la zone du cœur en aval des artères coronaires est nécessaire au bon approvisionnement des cellules musculaires cardiaques en dioxygène et en nutriments. Lorsque les cellules cardiaques n’ont plus suffisamment de dioxygène et de nutriments, elles ne peuvent plus se contracter par manque d’énergie cellulaire : c’est l’infarctus du myocarde. Cependant, les accidents cardio-vasculaires associés à une pratique sportive sont beaucoup moins fréquents que ceux dus à la sédentarité. 1. Qualité de la démarche : liste de critères permettant de repérer la qualité de la démarche Compréhension du problème posé Extraction d’informations pertinentes des documents Apport d’informations pertinentes à partir des connaissances Mise en relation des informations issues des documents et des connaissances Mise en œuvre d’un raisonnement rigoureux, esprit critique Bilan clair proposé Graphiques légendés 1. Eléments scientifiques Compréhension globale La pratique d’un sport de compétition est possible chez le patient A. La pratique d’un sport est dangereuse chez le patient B : il y a des risques d’infarctus du muscle cardiaque liés au rétrécissement coronarien, ainsi qu’une faible capacité d’augmentation du VES. Le certificat d’aptitude au sport lui est refusé. Eléments scientifiques tirés des documents Pour le patient A, le VES et la fréquence cardiaque passent respectivement de 130 mL à 185 mL, et de 90 batt/min à 190 batt/min lors d’une activité physique d’intensité croissante. Le débit cardiaque est triplé, permettant de répondre correctement à l’effort. Pour le patient B, le VES et la fréquence cardiaque passent respectivement de 120 mL à 130 mL, et de 90 batt/min à 190 batt/min lors d’une activité physique d’intensité croissante. Le débit cardiaque est doublé avec l’augmentation de l’intensité de l’effort, mais le volume d’éjection systolique peut difficilement augmenter davantage. La coronarographie du patient A montre des artères coronaires en bon état : le muscle cardiaque est bien irrigué et peut répondre à l’effort. La coronarographie du patient B montre un rétrécissement d’une des artères coronaires principale. Eléments scientifiques tirés des connaissances Calculs du débit cardiaque : oLe débit cardiaque calculé augmente donc de 11,7 L/min à 35,15 L/min. oLe débit cardiaque calculé augmente donc de 10,8 L/min à 24,7 L/min. Notion de VES SECOND EXEMPLE : VERSION FORMATIVE Vous êtes un médecin devant délivrer un certificat d’aptitude au sport pour deux patients : le patient A souhaite pratiquer l’athlétisme à haut niveau ; le patient B souhaite reprendre une activité sportive après une sédentarité de 15 années. A partir de l’exploitation complète des informations des documents, rédiger votre compte-rendu médical argumenté afin de délivrer ou non un certificat d’aptitude au sport à chacun des deux patients. Votre compte-rendu doit contenir les arguments relevant des documents et de vos connaissances afin que les patients comprennent votre décision. Le calcul du débit cardiaque et son évolution sont attendus pour argumenter la délivrance ou non du certificat d’aptitude au sport. Vous êtes un médecin devant délivrer un certificat d’aptitude au sport pour deux patients : - le patient A souhaite pratiquer l’athlétisme à haut niveau ; - le patient B souhaite reprendre une activité sportive après une sédentarité de 15 années. A partir de l’exploitation complète des informations des documents, rédiger votre compterendu médical argumenté afin de délivrer ou non un certificat d’aptitude au sport à chacun des deux patients. Votre compte-rendu doit contenir les arguments relevant des documents et de vos connaissances afin que les patients comprennent votre décision. Le calcul du débit cardiaque et son évolution sont attendus pour argumenter la délivrance ou non du certificat d’aptitude au sport. Document 1 : fréquence cardiaque et volume d’éjection systolique au cours d’activités d’intensité croissante chez deux patients A et B Saisir les valeurs de VES et de VC au repos et fin de l’effort chez chaque patient. Calcul du débit cardiaque : FC x VES Document 2 : coronarographie cardiaque suite à une injection d’iode (produit qui est opaque aux rayons X) L’injection d’iode a eu lieu dans lesAartères coronaires (artères irriguant le Patient : artère coronaire muscle cardiaque), ce qui lesnormale rend observables. L’examen chez chaque patient est effectué au repos et en position Patient Ballongée. : artère coronaire rétrécie Document 3 : données sur l’infarctus cardiaque Les causes de mort-subite diffèrent selon l’âge. Chez le jeune athlète, on retrouve le plus souvent une anomalie cardiaque qui n’avait pas été diagnostiquée jusqu’alors. En revanche, lorsqu’une personne reprend une activité sportive après 40 ans, le décès est causé en général par un athérome coronaire. Le rétrécissement des artères coronaires à cause des plaques d’athérome n’autorise plus un débit sanguin suffisant pour irriguer le cœur lors de l’effort. Ainsi, un débit sanguin correct dans la zone du cœur en aval des artères coronaires est nécessaire au bon approvisionnement des cellules musculaires cardiaques en dioxygène et en nutriments. Lorsque les cellules cardiaques n’ont plus suffisamment de dioxygène et de nutriments, elles ne peuvent plus se contracter par manque d’énergie cellulaire : c’est l’infarctus du myocarde. Cependant, les accidents cardio-vasculaires associés à une pratique Mise en relation avec données de coronographies du doc 2. sportive sont beaucoup moins fréquents que ceux dus à la sédentarité. Mise en relation avec la faible augmentation du DC calculée à partir du doc 1 chez le patient B Rédiger, formuler une stratégie de résolution Rédiger un brouillon Étape 1 ECE Abréviations, faute Ecrit du bac d’orthographe, mots clés, carte mentale, enchainements logiques Préparer les élèves à Étape 1 ECE Grilles curseurs I et II2ECE BILAN DES GRANDES IDEES Communiquer scientifiquement Capture d’image, schéma, graphique, organigramme accompagnés de quelques phrases explicatives Lister l’idée essentielle Étape 3 ECE Définir les règles de communication Lister les idées essentielles dans les programmes Dans notre pratique Concevoir une évaluation personnalisée pour les élèves Apprentissage du II2 Apprentissage du I Apprentissage des étapes des ECE
