3Multiplication cellulaire et cancer - Hachette

39
Chapitre 3 • Multiplication cellulaire et cancer
3
Multiplication Multiplication
cellulaire et cancercellulaire et cancer
PROGRAMME
Connaissances
Diversité et unité des êtres humains
• Les cellules de l’organisme, à l’exception des
cellules reproductrices, possèdent la même infor-
mation génétique que la cellule-œuf dont elles
proviennent par divisions successives.
La division d’une cellule :
– est préparée par la copie de chacun de ses
46 chromosomes ;
– se caractérise par la séparation des chromoso-
mes obtenus, chacune des deux cellules formées
recevant 23 paires de chromosomes identiques à
ceux de la cellule initiale.
• L’ADN est une molécule qui peut se pelotonner
lors de la division cellulaire, ce qui rend visibles
les chromosomes.
• Le cancer est le résultat d’une prolifération
incontrôlée de cellules.
Responsabilité individuelle et/ou collective :
maîtrise de la reproduction et habitudes de vie
• L’exposition au soleil peut augmenter le risque
de cancer de la peau, par des modifi cations du
patrimoine génétique.
OBJECTIFS GÉNÉRAUX DU CHAPITRE
L’étude du cycle cellulaire (terme non utilisé avec
les élèves) permet d’expliquer le constat effectué
au premier chapitre, à savoir que toutes les cel-
lules de l’organisme, à l’exception des cellules
reproductrices possèdent le même caryotype et
la même information génétique que la cellule-
œuf dont elles proviennent par multiplications
successives.
La première activité est consacrée à l’étude de la
multiplication cellulaire en tant que phénomène
qui assure le maintien du caryotype dans toutes les
cellules de l’organisme. Cette étude s’appuie sur
l’analyse de fi gures de mitose et sur une modé-
lisation des chromosomes permettant de saisir
notamment par quel processus les chromosomes
deviennent visibles au microscope optique au
moment de la multiplication cellulaire.
La deuxième activité est centrée sur les processus
qui expliquent la conservation du programme
génétique de la cellule-œuf dans toutes les cel-
lules de l’organisme. Elle part du constat que les
chromosomes sont simples dans chaque cellule
résultant d’une multiplication cellulaire et doubles
lorsqu’elle se multiplie à son tour. Elle envisage
donc la duplication des chromosomes et par là
celle du programme génétique durant l’interphase
(terme non utilisé avec les élèves), et se termine par
une vue d’ensemble résumant les faits essentiels
des deux phases du cycle cellulaire. Le problème
de la conservation de l’information génétique au
cours de la multiplication des cellules peut être
l’occasion de mettre en place une démarche d’in-
vestigation, qui va conduire à observer des micro-
photographies ou des vidéogrammes de cellules
en division, puis à confronter ces images avec des
données quantitatives sur l’évolution de la quantité
d’ADN. La réalisation de maquettes s’insère tout à
fait dans cette démarche d’investigation, et permet
aux élèves de mieux appréhender les phénomènes
et à l’enseignant de s’assurer que les concepts
sont bien maîtrisés.
Pour aborder le problème du cancer, nous avons
choisi :
– de proposer une présentation non pas sous forme
d’activités mais sous forme de sujets à traiter, où
les élèves seront placés dans une démarche de
résolution de problème, comme dans les chapitres
de la dernière partie « Responsabilité humaine en
matière de santé et d’environnement » ;
– d’aborder ici le problème de l’infl uence d’un
facteur de l’environnement (les UV solaires) sur
l’augmentation du risque de cancer de la peau,
sujet normalement présenté dans les programmes
dans la dernière partie « Responsabilité humaine
en matière de santé et d’environnement ».
Ces choix se justifi ent par la spécifi cité du thème
étudié. Aborder la notion de cancer n’est pas tou-
jours aisée avec les élèves, et pourtant c’est un
sujet par lequel ils se sentent concernés. Il s’agit ici
de les amener à mobiliser leurs connaissances (sur
la multiplication cellulaire, le programme généti-
que…) pour exploiter des documents et découvrir
quelques caractéristiques d’un phénomène tel
que le cancer. Ainsi, une première approche des
cancers est associée aux multiplications cellu-
laires ; le fait qu’une cellule cancéreuse prolifère
de manière incontrôlée amène, par comparaison,
à conclure que la multiplication des cellules saines
est normalement limitée dans le temps et dans
l’espace. On peut en déduire que l’information
génétique des cellules cancéreuses a été modifi ée
SVT3-C03-04-05.indd 39SVT3-C03-04-05.indd 39 6/06/08 14:32:526/06/08 14:32:52

40
Partie 1 : Diversité et unité des êtres humains
par rapport à celle des autres cellules de l’orga-
nisme. Quant au travail qui leur est proposé à tra-
vers le sujet 2 « Exposition au soleil et cancer de la
peau », il leur permet de comprendre les conseils
dispensés par les campagnes de prévention, de
les argumenter.
DONNE TES IDÉES SUR…
Les documents permettent à la fois de poser les
problèmes à résoudre et de recueillir les repré-
sentations initiales des élèves. Dans le cas de ce
chapitre, qui traite de deux sujets complémentai-
res, deux situations problèmes sont proposées
aux élèves, l’une concerne la conservation du
caryotype au cours de la multiplication cellulaire,
l’autre les risques encourus par une exposition
excessive au soleil.
… le devenir des chromosomes au cours de la
multiplication cellulaire
Le document d’ouverture du chapitre montre
les premières divisions d’un embryon humain.
Plus que la division des cellules, ce document
montre une multiplication du nombre des cellules.
L’organisme résulte ainsi d’un grand nombre de
multiplications cellulaires. Si on associe à ce
document le caryotype d’une cellule-œuf (ici
féminine) et celui d’une cellule embryonnaire,
le problème posé est bien celui de l’identité du
caryotype de toutes les cellules de l’organisme (à
l’exception des cellules reproductrices). Par quel
mécanisme les chromosomes contenus dans la
cellule initiale peuvent-ils se retrouver sembla-
bles dans les deux cellules-fi lles ?
À partir de ces documents, les élèves feront le
constat du maintien du caryotype et peuvent ima-
giner différents mécanismes de transmission des
chromosomes : production de nouveaux chro-
mosomes à partir d'une information portée par
l'ADN ? Scission transversale des chromosomes
métaphasiques ? Scission longitudinale des mêmes
chromosomes ? Mais les chromosomes obtenus
seraient alors simples et non doubles comme ils
le sont sur les caryotypes observés… La discussion
conduit à poser la question du comportement des
chromosomes lors de la mitose, sujet traité au
cours de la première activité, et de leur duplication
en phase S du cycle cellulaire, sujet traité dans la
seconde activité.
… les effets de l’exposition au soleil
Le document présente une affi che d’une cam-
pagne de prévention contre les méfaits d’une
surexposition au soleil. Elle amène, de manière
non dramatique, à réfl échir aux raisons profondes
d’une telle campagne. Les élèves penseront aux
risques de brûlure, mais il n’est pas certain que
tous envisagent le risque d’un cancer, sinon par
une association avec le titre du chapitre. Quels
sont les risques encourus par des coups de soleil
répétés ? Existe-t-il des risques à s’exposer au
soleil même si on n’attrape pas de coups de soleil ?
Quelle relation peut-il y avoir entre le soleil et le
cancer ? En quoi consiste cette maladie ? Les
questions soulevées motivent un travail mené en
classe ou sous la forme de projet d’élèves à partir
des documents proposés dans les sujets 1 et 2.
SOMMAIRE
– Activité 1 : Que deviennent les chromosomes lors-
que les cellules se multiplient ?
– Activité 2 : Comment la multiplication cellulaire
permet-elle la conservation des informations géné-
tiques ?
– Sujet 1 : Le cancer : des cellules aux propriétés
modifi ées.
– Sujet 2 : Exposition au soleil et cancer de la peau.
SVT3-C03-04-05.indd 40SVT3-C03-04-05.indd 40 6/06/08 14:32:546/06/08 14:32:54

41
Chapitre 3 • Multiplication cellulaire et cancer
Que deviennent les chromosomes
lorsque les cellules se multiplient ?
OBJECTIFS À ATTEINDRE
L’enjeu est ici la compréhension de mécanismes à l’origine du maintien du caryotype dans les cellules issues
d’une multiplication cellulaire :
– la séparation de chacun des chromosomes métaphasiques au niveau de leurs centromères ;
– la condensation nécessaire des chromosomes, structures permanentes mais non facilement observables au
sein des cellules lorsque celles-ci ne se multiplient pas.
L’accent est mis sur la formation aux méthodes. Les élèves doivent être capables :
– d’exploiter des photographies à différentes échelles ;
– de réaliser une maquette de chromosome en suivant un protocole.
Activité 1
La conservation du caryotype au
cours de la multiplication cellulaire
Exploitation
Il s’agit dans cette activité de faire découvrir aux
élèves le phénomène qui permet d’obtenir deux
cellules à partir d’une cellule-mère, les trois cel-
lules ayant le même caryotype.
Le choix a été fait de n’utiliser ici que le terme de
« multiplication cellulaire », et de ne pas employer
celui de « division cellulaire », dans un souci
de simplifi cation pour les élèves. En fait, les
pro grammes insistent sur la distinction entre
les deux : le terme de « multiplication » faisant
référence au fait que l’on obtient deux cellules
à partir d’une seule, mais que ces deux cellules
sont identiques entre elles (la cellule initiale s’est
donc multipliée), le terme de division faisant lui
référence aux mécanismes (les chromosomes
doubles se divisent pour que chaque cellule-fi lle
hérite d’un chromosome simple, et qu’ainsi le
nombre de chromosomes soit conservé). Si l’on
tient compte de cette distinction, certes justifi ée,
on aboutit à faire écrire aux élèves que « la division
cellulaire permet la multiplication des cellules »,
ou encore que « la multiplication cellulaire se fait
grâce au mécanisme de la division cellulaire », ce
qui peut ne pas être clair pour certains.
Le document 1 montre la multiplication de fi bro-
blastes humains en culture. Les élèves doivent
repérer les cellules en mitose et les cellules
conservant leur noyau interphasique. Dans le
respect du programme, le choix a été fait de partir
de l’observation de cellules humaines, bien que
l’observation de chromosomes bien individuali-
sés y soit très diffi cile, en raison de leur nombre
élevé et de leur petite taille. C’est pourquoi il est
fait ensuite appel, pour le dénombrement des
chromosomes, à différents stades de la mitose
chez une plante à fl eurs, le Crépis, chez laquelle
2n = 8. Le document 2 présente un début de pro-
phase (a), une métaphase (b), un début (c) et une
fi n d’anaphase (d). La connaissance des étapes de
la mitose n’est cependant pas au programme et
ne peut être un objectif à atteindre dans l’exploi-
tation de ce document, dont l’intérêt réside dans
la possibilité de compter les chromosomes et de
suivre l’évolution de leur aspect.
La modélisation proposée par le document 3 est
simple et originale. Elle permet de mieux com-
prendre le passage de l’état décondensé d’une
molécule d’ADN (en négligeant à ce niveau les
histones) à l’état condensé d’un chromosome
métaphasique. Il suffi t d’enrouler deux brins de
laine de même longueur, reliés entre eux par
une petite pince, autour de quatre cotons-tiges.
La laine choisie comporte plusieurs couleurs ali-
gnées le long des brins, ce qui permet de vérifi er
que l’enroulement est effectué de la même façon
autour de chaque bâtonnet, une même couleur
devant se trouver au même niveau sur les deux
« chromatides ». L’intérêt principal du choix d’une
laine de ce type apparaît lors de l’activité suivante,
au cours de laquelle est poursuivie cette modéli-
sation : chaque couleur correspondra alors à un
allèle. Toutefois, le devenir des allèles des gènes
n’est pas un objectif de cette première activité.
Cette manipulation d’une maquette de chromo-
some permet de mieux comprendre pourquoi les
chromosomes ne sont observables au microscope
optique qu’au moment de la mitose, et pourquoi ils
SVT3-C03-04-05.indd 41SVT3-C03-04-05.indd 41 6/06/08 14:32:556/06/08 14:32:55

42
Partie 1 : Diversité et unité des êtres humains
n’en sont pas moins une structure permanente du
noyau des cellules. Ce dernier point est un objectif
à atteindre au cours de cette activité.
Réponses aux questions
1. À partir de l’étude du document 1 et de leurs
connaissances, les élèves doivent répondre que
la cellule (a) possède les 46 chromosomes de
l’espèce humaine, et que les deux cellules-fi lles
en formation (b) possèderont le même nombre de
chromosomes. Pour le document 2, chacune des
cellules-fi lles a le même nombre de chromosomes
que la cellule-mère, soit 8 chromosomes.
2. Les photographies des documents 2b et 2c
correspondent à deux stades successifs de la mul-
tiplication cellulaire. Au stade b, tous les chromo-
somes sont doubles, composés de deux fi laments
réunis au niveau du centromère (les termes de
duplication et de chromatides sont exclus). Au
stade c, on dénombre à chacun des pôles cellu-
laires 8 chromosomes simples, formés chacun d’un
seul fi lament. On peut donc penser que les deux
fi laments qui formaient un chromosome double se
sont séparés au niveau du centromère pour donner
naissance à deux chromosomes simples.
3. La réalisation de la maquette du document 3
suppose l’observation des photographies des
document 2a (fi n de prophase) et 2b (métaphase),
sur lesquelles la condensation progressive des chro-
mosomes est visible. Par suite, on peut penser qu’à
un stade antérieur, précédant la photographie 2a,
le chromosome est complètement déroulé. Il est
alors trop mince pour être visible au microscope
optique. Sa condensation rend le chromosome
plus épais et donc plus facilement observable. On
pourra s’assurer que les élèves auront bien placé
la pince représentant le centromère par rapport
aux couleurs portées par chaque brin de laine
représentant un chromosome simple issu d’une
multiplication cellulaire.
4. On demande aux élèves de faire un exercice
de synthèse. On attend d’eux qu’ils décrivent le
comportement des chromosomes depuis le début
de la prophase (condensation de chromosomes
doubles) jusqu’à la séparation des cellules-fi lles.
Les chromosomes doubles deviennent plus épais
et plus courts. Ils s’individualisent et apparaissent
formés de deux fi laments réunis par le centromère,
puis les deux fi laments de chaque chromosome
se séparent pour donner naissance chacun à un
chromosome simple. La conservation du caryotype
s’explique par le fait que chacun des 46 chromo-
somes humains a subi une scission au niveau de
son centromère.
Comment la multiplication cellulaire permet-elle
la conservation des informations génétiques ?
OBJECTIFS À ATTEINDRE
Cette activité s’inscrit dans la continuité de la précédente. Les connaissances à acquérir sont :
– la séparation des chromosomes doubles au cours de la multiplication cellulaire a été préparée par la copie
de la molécule d’ADN qui constitue un chromosome simple ;
– à la copie des chromosomes simples correspond celle des informations génétiques dont ils sont les supports,
c’est-à-dire les allèles des gènes de l’espèce.
La compréhension de ces mécanismes doit renforcer l’acquisition d’une connaissance essentielle : la totalité
des informations génétiques se trouve conservée au cours des multiplications cellulaires successives.
D’un point de vue méthodologique, les élèves doivent être capables :
– de saisir des données provenant de documents différents et de les mettre en relation ;
– d’adopter une démarche explicative pour résoudre un problème scientifi que.
Activité 2
La conservation des informations
génétiques au sein d’un organisme
SVT3-C03-04-05.indd 42SVT3-C03-04-05.indd 42 6/06/08 14:32:556/06/08 14:32:55

43
Chapitre 3 • Multiplication cellulaire et cancer
Exploitation
La mise en relation des informations apportées par
les différents documents permet de com prendre
comment les allèles des gènes portés par une molé-
cule d’ADN se retrouvent à l’identique dans les deux
chromosomes simples issus de la scission du chro-
mosome double au niveau de son centromère.
Le document 4 montre l’état d’un fi lament d’ADN
(ou d’un chromosome) entre deux divisions cellu-
laires. On néglige ici les nucléosomes visibles le
long des fi laments d’ADN ; en revanche, il convient
de souligner leur faible diamètre (0,005 μm). On
voit apparaître et grandir un « œil de réplication »,
sans qu’il soit possible d’expliquer le phénomène à
partir de la seule observation : on pourrait autant
conclure à une division du chromosome qu’à sa
duplication.
Le document 5 apporte une donnée quantitative qui
laisse penser qu’il s’agit d’une duplication, puisque
la quantité totale d’ADN contenue dans une cellule
double avant une multiplication cellulaire.
Le document 6 confi rme que chaque gène est
représenté par deux allèles identiques, situés au
même niveau (locus) sur les deux fi laments d’un
chromosome double avant sa scission au niveau
du centromère. Le document 6a, déjà exploité
(chapitre 2, p. 36 du manuel), appelle ici une autre
lecture : le gène SRY existe en deux exemplaires
sur le chromosome Y lorsque celui-ci est double
(métaphasique). Il reste à voir s’il en est de même
pour les autosomes et si tous les allèles des gènes
répartis le long d’un chromosome existent de la
même manière en deux exemplaires, copies l’un de
l’autre. Le document 6b est le résultat de la détec-
tion de deux séquences à l’aide de deux sondes
FISH (Fluorescent In Situ Hybridisation) : la sonde
« verte » s’hybride sur le chromosome 5 avec le
locus 5p15.2, dont la délétion est responsable de
la maladie du « cri du chat », et la sonde « rouge »
utilisée ici comme marqueur du chromosome 5,
avec le locus 5q31. Les deux loci, ou séquences
d’ADN, sont assimilés chacun à un seul gène.
L’interprétation de ce dernier document précède
la modélisation du document 7, limitée ici à l’ana-
phase de mitose, modélisation qu’il faut relier
au graphique montrant l’évolution de la quantité
d’ADN par cellule. Ce document 7 est un document
de synthèse, correspondant aux notions énoncées
dans les programmes (et faisant allusion sans le
dire au cycle cellulaire).
Réponses aux questions
1. On attend des élèves une lecture suffi sante de
chaque graphique, en particulier l’utilisation des
unités de temps portées en abscisse.
2. Graphique :
2VBOUJUÏE"%/DPOUFOVFEBOTVOFDFMMVMFVOJUÏBSCJUSBJSF
$FUFNQTFTUWBSJBCMFTFMPOMFTDFMMVMFT
R
R
       5FNQT
FOIFVSFT
1IBTFQSÏDÏEBOUVOFNVMUJQMJDBUJPODFMMVMBJSF
.VMUJQMJDBUJPODFMMVMBJSF
DISPNPTPNF
B
DISPNPTPNF
B
DISPNPTPNF
C
DISPNPTPNF
C
DISPNPTPNFT
DFUE
SVT3-C03-04-05.indd 43SVT3-C03-04-05.indd 43 6/06/08 14:32:566/06/08 14:32:56