SVT 1ere S chap1

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  • NATHAN 2011 SVT 1re S Livre du professeur Chapitre 1 1

    Chapitre 1 Reproduction conforme de la cellule et rplication de lADN

    Objectifs gnraux

    Lobjectif de ce chapitre est de mettre en vidence les mcanismes molculaires et cellulaires permettant dassurer une reproduction lidentique dune cellule.

    En classe de Premire, la notion de reproduction cellulaire conforme intgre dsormais lensemble des tapes du cycle cellulaire : duplication des chromosomes et division cellulaire, ainsi que les phases G1 et G2 prparatoires cette division. Il parat ncessaire de prsenter que les phases G1 et G2 ne sont pas des tapes dinactivit cellulaire, mais bien au contraire des phases de croissance, daccumulation de nutriments, de divisions des organites ; quelques exceptions prs, une cellule passe ainsi la majorit de sa vie en phase G1.

    Ce chapitre est aussi loccasion de remobiliser et dapprofondir les notions prsentes au cours des classes de Troisime et de Seconde. Il permet de montrer que la structure statique de la molcule dADN telle quelle est prsente en Seconde est en fait dynamique : rplication lors de la phase S et modification de son tat de condensation au cours du cycle cellulaire. Ces activits permettront aussi de consolider la relation une molcule dADN = une chromatide qui est toujours difficile intgrer pour un lve de lyce. Il est ainsi fondamental de prsenter qu lissue de la rplication, les deux chromatides sont identiques et portent donc les mmes gnes situs aux mmes loci, la mitose permettant de distribuer quitablement cette information.

    Il faut dailleurs noter les prcautions prises par le programme quant la fidlit de cette reproduction : En gnral la division cellulaire est une reproduction conforme , En absence derreurs, ce phnomne prserve, par copie conforme, la squence des nuclotides . Ainsi, ce chapitre a pour objectif de mettre en place un modle de reproduction cellulaire thorique parfait, les variations ce modle ne seront abordes que dans les chapitres 3 et 4 du thme 1A.

    Progression retenue dans le chapitre

    Lactivit 1 permet de distinguer la reproduction cellulaire (qui se traduit par une augmentation du nombre de cellules dans le milieu) de la division cellulaire (qui est le moyen de parvenir cette reproduction). On construit ainsi la notion de cycle cellulaire sur laquelle sappuieront les activits suivantes tout en montrant que le caryotype est conserv de gnration en gnration.

    Lactivit 2 est consacre la prsentation des diffrentes tapes de linterphase. Les phases G1, S et G2 sont tout dabord identifies partir de lanalyse de la quantit dADN cellulaire dune population asynchrone puis les caractristiques molculaires de chaque phase sont prsentes. Dans cette activit, la phase S est restreinte une tape de doublement de la quantit dADN sans quaucun mcanisme explicatif ne soit encore propos.

  • NATHAN 2011 SVT 1re S Livre du professeur Chapitre 1 2

    Lactivit 3 renseigne sur les variations de ltat de condensation des chromosomes au cours du cycle cellulaire et propose de relier la phase S avec le nombre de chromatides dun chromosome.

    Lactivit 4 vise exploiter les rsultats de lexprience de Meselson et Stahl afin de dterminer les mcanismes molculaires de la rplication de lADN lors de la phase S et dexpliquer ainsi la variation du nombre de chromatides des chromosomes au cours du cycle cellulaire.

    Lactivit 5 prsente les diffrentes tapes de la mitose laide dobservations microscopiques puis insiste sur la transmission lidentique de linformation gntique depuis la cellule mre vers les deux cellules filles.

    Proposition de programmation hebdomadaire

    Ce chapitre devrait pouvoir tre trait en trois sances dont deux en effectifs rduits. Une premire sance en effectifs rduits (1h30) peut tre loccasion dvaluer le

    temps de gnration dune culture de levures et daborder ainsi les caractristiques du cycle cellulaire (activits 1 et 2).

    Au cours de la deuxime sance, les activits 3 et 4 peuvent tre menes ensemble sur la base dune exploitation de documents.

    Enfin, une dernire sance en effectifs rduits permettra la ralisation, lobservation et lexploitation dune prparation de cellules en mitose (activit 5) et conclura quant aux mcanismes de transmission lidentique de linformation gntique.

  • NATHAN 2011 SVT 1re S Livre du professeur Chapitre 1 3

    Activit 1

    La reproduction cellulaire : tape de la vie (p. 12-13)

    1. Les instructions officielles prises en compte

    Connaissances : En gnral, la division cellulaire est une reproduction conforme qui conserve toutes les caractristiques du caryotype (nombre et morphologie des chromosomes).

    Capacits et attitudes : Recenser, extraire et exploiter des informations permettant de caractriser le cycle cellulaire et ses phases, dans diffrents types cellulaires.

    2. La dmarche des auteurs et le choix motiv des supports

    Lobjectif de cette double page est de montrer que la vie dune cellule se caractrise par la rptition de cycles cellulaires qui assurent laugmentation du nombre de cellules dans le milieu ainsi que le maintien du caryotype de gnration en gnration.

    Lactivit dbute par une srie de photos montrant que la division cellulaire est un phnomne gnralis aux organismes procaryotes et eucaryotes, quils soient unicellulaires ou pluricellulaires. Lexemple du neurone est utilis afin de montrer que certaines cellules se divisent trs peu voire plus du tout.

    La manipulation suivante permet destimer exprimentalement le temps de gnration dune population de levures, tout en insistant sur le fait que la division cellulaire nest quune tape dun processus plus long appel reproduction cellulaire.

    Enfin, les derniers documents permettent de dfinir les tapes du cycle cellulaire par rapport lobservation des chromosomes dans la cellule et reprennent ainsi les connaissances du collge sur le maintien du nombre et de la morphologie des chromosomes au cours de la reproduction cellulaire conforme.

    3. Guide dexploitation : productions lves attendues

    1. Dune manire gnrale, les organismes unicellulaires se reproduisent plus rapidement que les cellules des organismes pluricellulaires. On observe toutefois de grandes disparits des temps de gnration au sein dun mme type dorganismes.

    2. Le graphique attendu correspond celui propos la page 22 du manuel. 3. On estime le temps de gnration des levures Saccharomyces cerevisiae environ 1h30.

    Remarque : Bien que la comprhension de la notion mathmatique du logarithme de base 10 ne soit pas du niveau dun lve de Premire S, celui-ci peut parfaitement reporter sur une feuille de papier semi-logarithmique les mesures obtenues et ainsi utiliser ses rsultats exprimentaux.

  • NATHAN 2011 SVT 1re S Livre du professeur Chapitre 1 4

    Aide la ralisation exprimentale

    Lestimation du temps de gnration dune population cellulaire nest exploitable que si la culture est en phase de croissance exponentielle. Pour cela, il est important de lancer une culture de levures faiblement concentre la veille de la manipulation dans un milieu complet puis de repiquer la culture en milieu complet environ 106 cellules.ml-1 quelques heures avant la sance en effectifs rduits. On assure ainsi une croissance optimale des cellules, permettant un quasi-doublement de la population au cours de la sance.

    4. On remarque que juste avant la division cellulaire, le caryotype dune cellule humaine montre 46 chromosomes et que ce nombre ainsi que la morphologie des chromosomes sont conservs dans les cellules filles. La reproduction cellulaire conserve donc les caractristiques du caryotype.

    5. Le schma bilan attendu est prsent la page 22 du manuel. Il doit clairement faire apparatre la succession des deux tapes du cycle cellulaire : linterphase et la mitose.

    Activit 2

    Linterphase (p. 14-15)

    1. Les instructions officielles prises en compte

    Connaissances : En gnral, la division cellulaire est une reproduction conforme qui conserve toutes les caractristiques du caryotype (nombre et morphologie des chromosomes).

    Capacits et attitudes : Recenser, extraire et exploiter des informations permettant de caractriser le cycle cellulaire et ses phases, dans diffrents types cellulaires.

    2. La dmarche des auteurs et le choix motiv des supports

    Cette double page met en lumire les principales caractristiques de linterphase chez diffrents types de cellules eucaryotes.

    Le document 1 permet dintroduire les diffrentes tapes de linterphase (G1, S et G2) et pose les bases des modifications subies par une cellule qui parcourt ces tapes : augmentation de la taille et de la quantit dADN. La cytomtrie de flux, technique employe pour obtenir le graphique de ce document na volontairement pas fait lobjet dune description trop dtaille.

    Les trois tapes de linterphase sont ensuite successivement prsentes par lintermdiaire dexpriences facilement exploitables pour un lve de Premire S. On dgage ainsi les principales caractristiques de chaque phase :

  • NATHAN 2011 SVT 1re S Livre du professeur Chapitre 1 5

    phases G1 et G2 : croissance cellulaire, accumulation de nutriments, doublement du nombre dorganites ;

    phase S : doublement de la quantit dADN.

    3. Guide dexploitation : productions lves attendues

    1. Les cellules en phase G1, S et G2 se distinguent par leur diamtre et leur quantit dADN. Les cellules en G2 ont un diamtre suprieur et deux fois plus dADN que les cellules en G1. Les cellules en phase S ont des caractristiques intermdiaires aux cellules en G1 et en G2. On peut supposer que la phase S est une phase de doublement de la quantit dADN.

    2. Le graphique attendu est prsent la page 23 du manuel. Une culture cellulaire synchrone met bien en vidence le