Terminale s enseignement de specialite








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date de publication22.01.2018
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Document de travail – Myriam Vial.

TERMINALE S – ENSEIGNEMENT DE SPECIALITE

Thème 2 : Des débuts de la génétique aux enjeux actuels des biotechnologies (10 semaines)
Acquis nécessaires pour traiter cette partie : les notions développées en I.3 dans l’enseignement obligatoire « Stabilité et variabilité des génomes et évolution ».
Objectif principal : montrer comment un savoir scientifique évolue au travers de l’exemple des développements de la génétique. Il s’agit de traduire les ruptures ayant conduit à la compréhension du fonctionnement des gènes. L’élève doit comprendre à l’aide de ses connaissances et des éléments d’histoire des sciences comment se sont construites les notions. Ce sera l’occasion de réfléchir sur la nature et l’évolution des théories scientifiques (mais aussi de conduire un travail interdisciplinaire avec le collègue de philosophie).

Situation de départ : visionner le film "Bienvenue à Gattaca", où la sélection génétique est appliquée aux humains. Ceci permettrait d'entamer une réflexion sur les enjeux des biotechnologies pour l'Homme, amenant à chercher à comprendre comment se sont développées les connaissances en génétique.

QUESTIONNEMENT


NOTIONS

ACTIVITES / SUPPORTS

LIMITES


En quoi les travaux de Mendel apportent une rupture dans les connaissances relatives à la génétique à son époque ? En quoi ont-ils servi de fondement à la naissance de la génétique ?

Les débuts de la génétique : les travaux de Mendel (1870)

Les travaux de Mendel reposent sur une analyse quantitative d’expériences d’hybridation chez les plantes.

Novateurs dans leur méthodologie, ces travaux visaient à obtenir des hybrides stables.
Dans un contexte scientifique où les gènes n’étaient pas connus, ils ont apporté une rupture conceptuelle :

  • Réfutation de la notion d’hérédité par mélange,

  • Introduction du concept d’hérédité particulaire avec ségrégation indépendante des facteurs héréditaires.


La compréhension des travaux de Mendel repose sur la connaissance des principes de la reproduction sexuée des végétaux.


Etude documentaire préalable : contexte dans lequel Mendel a réalisé ses travaux.
T.P. N°1 :

  • Dissection d’une fleur de Pois, avec notamment identification des organes reproducteurs,

  • Cycle de développement du Pois,

  • Observation du fruit et de la graine.


T.P.N°2 :

Etude des travaux de Mendel :

  • interprétation de résultats de croisements,

  • les choix de Mendel (plante, caractères étudiés) : sa méthodologie.

Les lois de Mendel.

Les apports de Mendel : réfutation de l’hérédité par mélange et introduction de la notion d’hérédité particulaire.

Les exceptions aux lois de Mendel.

Genèse de l’architecture florale.

Construction de diagrammes floraux.

Notions de gamétophytes mâle et femelle.

Double fécondation.
Dihybridisme.

Quel est le support des facteurs mendéliens ?

La théorie chromosomique de l’hérédité


La redécouverte des lois de Mendel et les découvertes dans le domaine de la cytologie à la fin du XIXe siècle conduisent à l’émission de la théorie chromosomique de l’hérédité (1903) par 2 cytologistes et à l’invention du mot gène.
Les travaux de l’équipe de Morgan sur la drosophile entre 1910 et 1920 corroborent la théorie chromosomique à partir de données expérimentales. Cette théorie, qui contient les notions d’hérédité liée au sexe, de liaison génétique et de recombinaison, permet d’expliquer certains cas particuliers qui échappent aux lois de Mendel.
Cette théorie a permis d’établir en 1920 les 1ères cartes génétiques et la notion de gène (unité de fonction, de recombinaison, de mutation).


T.P. N°3 :


Construction de la théorie chromosomique :

Etude des découvertes ayant conduit à l’énoncé de cette théorie : études cytologiques  mitose, méiose, redécouverte des lois de Mendel.

Comparaison du comportement des chromosomes avec celui des caractères héréditaires mendéliens (mise en //) : énoncé de la théorie chromosomique (Sutton & Boveri)

Apparition du mot : gène (1909, W. Johannsen).
T.P. N°4 :

Les travaux de T. Morgan :

Croisements et comptages de drosophiles (à défaut, travaux avec le logiciel Drosofly) : cas d’une hérédité liée au sexe, caractère étudié : la couleur des yeux.

Etude de résultats dans le cas de gènes liés : liaison et recombinaison.

Localisation de 3 gènes sur un chromosome à partir de résultats expérimentaux : cartes génétiques, distances entre les gènes (unité de mesure : le centiMorgan).

Réflexion : valeur heuristique d’une théorie.


Etablissement de cartes génétiques.

Quel est le support moléculaire du gène ?

L’avènement de la biologie moléculaire : une nouvelle rupture

La nature chimique du gène (A.D.N. – double hélice), la relation gène-protéine, les modalités de l’expression génétique, notions déjà étudiées dans les programmes de seconde et de première, doivent être replacées dans une perspective historique. Elles ne sont pas au programme en tant que telles.

Travail préparatoire (maison) :


Etude des travaux de Griffiths sur les pneumocoques, de l’équipe d’Avery : ce ne sont pas les protéines, mais l’A.D.N. qui est le support de l’information génétique.
T.P. N°5 :

Etablissement du modèle de structure de l’A.D.N. : la double hélice (Watson & Crick),

Travaux de Beadle & Tatum sur les mutants métaboliques de Neurospora : un gène – une enzyme (expression de l’information génétique).

Duplication de l'A.D.N. (Meselsohn & Stahl) → une assise moléculaire aux lois de transmission des caractères héréditaires portés par les gènes.

Découverte du code génétique (Nirenberg & Matthéi)

Apports des études de J. Monod sur le fonctionnement de l’opéron lactose : régulation de l’expression des gènes.


Exploitation de documents relatant une expérience concernant l’une ou l'autre des notions.


Retrouver ces notions au travers d'un texte historique extrait de La double hélice - J. Watson.

Etude de documents permettant de travailler la démarche hypothético-déductive.

Comment peut-on comparer 2 molécules d’A.D.N. ?

La révolution technologique du début des années 70


L’utilisation des enzymes de restriction ouvre la voie du clonage des gènes et de leur séquençage. En contribuant à une évolution importante du concept de gène et de la perception du polymorphisme, elle fait entrer la génétique dans l’ère des biotechnologies.

T.P. N°6 :

Découverte des enzymes de restriction (historique).

Expérience de digestion de l’A.D.N. par des enzymes de restriction.

- Atelier de l’école de l’ADN, CCSTI Grenoble,

- Propositions de manipulations sur le site de l’académie de Montpellier :

http://www.acmontpellier.fr/pedagogie/disciplines/svt/adn_tp/index.htm

- Kit Sordalab


Techniques de séquençage et de clonage des gènes.

Comment la connaissance du gène et de son fonctionnement ont conduit à sa manipulation pour modifier génétiquement des êtres vivants ?

Les enjeux actuels des biotechnologies


  • La transgenèse et la construction d’organismes génétiquement modifiés (O.G.M.)

La capacité d’introduire dans un organisme un gène (modifié ou étranger) conduit à la production d’un organisme transgénique acquérant des propriétés nouvelles.

T.P. N°7 :

Etude d’exemples d’OGM réalisés pour la résistance aux insectes et la production de molécules pharmacologiques (insuline, GH) : réinvestissement d’acquis de la classe de 2nde.

Expérience de réalisation d’un OGM : atelier de l’école de l’ADN => kit APBG.

Gènes d’intérêt, gènes de criblage.
T.P. N°8 :

Organisation d’un débat argumenté autour du thème des O.G.M..

Travail préalable de préparation : recherche d’applications liées aux O.G.M. et lecture d’extraits d’articles sur les O.G.M. où sont exposés des points de vue contradictoires.


Connaissance des différents vecteurs de transgenèse autre que le virus.

Connaissance des différentes techniques de transfert de gènes.

Comment expliquer que l’A.D.N. soit devenu un outil de dépistage et de diagnostic de maladies génétiques ?

  • Les biotechnologies et la génétique humaine

1 – Dépistage et diagnostic génétique

Les acquis de la génétique peuvent être mis en œuvre à différents niveaux pour identifier une pathologie d’origine génétique, en évaluer les risques, en prévenir les effets :

  • dépistage et diagnostic d’une maladie génique (arbres généalogiques),

  • dépistage et signes diagnostiques de la trisomie 21.




Travail autonome préparatoire

Etude de caryotypes anormaux,

Etude de documents servant à l’évaluation du risque génétique de trisomie 21.
T.P.N°9 :

Etude d’arbres généalogiques,

Activités complémentaires au travail préparatoire, menant à une discussion sur l’évaluation des risques,

Discussion sur les implications du DPI, de l’ITG, et les risques de dérives eugéniques.




Comment l’ADN peut-il soigner ?

("l'ADN médicament)

2 – Un enjeu pour l’avenir : la thérapie génique somatique

On peut pallier à la déficience d’un gène par une thérapie génique somatique.



T.P.N°10 :

Principe et enjeux de la thérapie génique somatique :

- Le principe,

- Un essai réussi en France : les « bébés bulles »,

- Les aspects éthiques.

http://www.transgene.fr


Connaissance des différents essais de méthode de thérapie génique.

  • Quelques éléments bibliographiques : Cf. document : l’évolution de la notion de gène

  • Les OGM, panorama et perspectives – INRA éditions (1998),

  • Société et révolution biologique, pour une éthique de la responsabilité, A. Kahn – INRA éditions (1996),

  • Le génome humain, ouvrage collectif coordonné par J.F. Mattei – Editions du Conseil de l’Europe (2001),

  • Sciences & avenir : hors série n°130, L’éthique du vivant : l’embryon est-il humain ?, mars avril 2002,

  • Grands repères culturels pour la Terre et la vie, R. Larue & coll. – Hachette éditions (2001) : qq. articles intéressants, surtout pour les élèves (synthèses et pistes de réflexion).




http://www.nhgri.nhi.gov/HGP(anglais) http://www.dnaftb.org/dnaftb/ (animations intéressantes pouvant être téléchargées).

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