Un exemple de mise en oeuvre de démarche d'investigation Enseigner les Un exemple de mise en oeuvre de démarche d'investigation Christian Le Guillou Août 2012

structure de l’ADN et nature du message codé

SECONDE Thème 1 – La Terre dans l’Univers, la vie et l’évolution du vivant : une planète habitée La nature du vivant . Les êtres vivants sont constitués d’éléments chimiques disponibles sur le globe terrestre. Leurs proportions sont différentes dans le monde inerte et dans le monde vivant. Ces éléments chimiques se répartissent dans les diverses molécules constitutives des êtres vivants. Les êtres vivants se caractérisent par leur matière carbonée et leur richesse en eau. L’unité chimique des êtres vivants est un indice de leur parenté. . De nombreuses transformations chimiques se déroulent à l’intérieur de la cellule : elles constituent le métabolisme. Il est contrôlé par les conditions du milieu et par le patrimoine génétique. La cellule est un espace limité par une membrane qui échange de la matière et de l’énergie avec son environnement. Cette unité structurale et fonctionnelle commune à tous les êtres vivants est un indice de leur parenté. .  La transgenèse montre que l’information génétique est contenue dans la molécule d’ADN et qu’elle y est inscrite dans un langage universel. La variation génétique repose sur la variabilité de la molécule d’ADN (mutation). L’universalité du rôle de l’ADN est un indice de la parenté des êtres vivants. SECONDE

 Trois notions visées… - molécule d’ADN - ADN, molécule codée - universalité de la molécule d’ADN

 …en partie construites en classe de Troisième

TROISIEME Diversité et unité des êtres humains Chaque chromosome est constitué d’ADN. L’ADN est une molécule qui peut se pelotonner lors de la division cellulaire, ce qui rend visibles les chromosomes. Chaque chromosome contient de nombreux gènes. Chaque gène est porteur d’une information génétique. Les gènes déterminent les caractères héréditaires. Un gène peut exister sous des versions différentes appelées allèles. Les cellules de l'organisme, à l'exception des cellules reproductrices, possèdent la même information génétique que la cellule-œuf dont elles proviennent par divisions successives. TROISIEME

En Troisième, l’ADN est présenté comme la molécule constitutive des chromosomes, présentant différents états, pelotonné (condensé) pendant la division cellulaire (chromosomes observables) et débobiné entre deux divisions cellulaires. L’ADN est une molécule informative qui gouverne l’expression des caractères. Les unités d’information sont appelées gènes (information génétique) et à un même gène peut correspondre plusieurs versions (allèles). Lors de la division cellulaire, l’ADN se réplique (copie) pour donner deux molécules identiques qui se sépareront lors de la division cellulaire.

La mise en problème

Situation-problème ancrée dans la confrontation du réel biochimique avec une œuvre d’art

photographie de l’escalier à double révolution du château de Chambord. image de la molécule d’ADN, obtenue par diffraction des rayons X par Rosalind Franklin (1920-1958) en 1951.

Château de Chambord Escalier à double révolution placé au centre de l'édifice, attribué a l'italien Léonard de Vinci. Le plan très novateur en France et l'ingéniosité de l'escalier suggèrent que Léonard de Vinci, venu en France à la demande de François 1er dès 1516, pourrait être l'un des inspirateurs du projet. Il comporte deux volées d'escaliers suivant un schéma de double hélice et permet d'accéder à la grande terrasse, elle aussi inspirée par Léonard de Vinci. Deux personnes empruntant chacune une volée d'escalier peuvent s'apercevoir par les ouverture pratiquées dans le noyau mais ne se rencontrent jamais. Son décor sculpté est l'un des chefs d'œuvre de la Renaissance française.

Images saisissantes de deux objets issus d’univers que tout oppose, et pourtant si proches. Ressemblance fortuite ou relevant d’une analogie structurale à découvrir?

Exercice

 Exercice Travail coopératif : 5 personnes Durée du travail : ¼ d’heure Esquissez une stratégie résolutive, tenant compte des pré-requis de la classe de Troisième.

Une proposition de démarche

La résolution du problème

Proposition d’une démarche résolutive (parmi d’autres possibles) Mon but : Élucider la structure de la molécule d’ADN pour rechercher dans celle-ci des explications à ses propriétés réplicatives Ce que je sais : La molécule d’ADN, constitutive des chromosomes a probablement, à l’instar de l’escalier à double révolution du château de Chambord, une structure en double hélice. Ce que je dois faire : Vérifier l’exactitude de cette affirmation et identifier les molécules constitutives, celles qui forment les rampes et les marches Les moyens dont je dispose : Le texte complet en Anglais ou un extrait en Français, de l’article publié par Watson et Crick en 1953 dans la revue Nature un logiciel de visualisation moléculaire comme RASTOP, RASMOL ou Jmol un site en ligne : http://www.umass.edu/molvis/bme3d/materials/jtat_080510/exploringdna/contents/contents.htm

La consigne de travail : Réalisez un schéma structural simplifié de la molécule d’ADN rendant compte de sa propriété d’autoréplication.

J.D. Watson et F.H. Crick Medical Research Council Unit for the Study of the Molecular Structure of Biological Systems, Cavendish Laboratory, Cambridge Article soumis le 2 avril 1953, publié le 25 avril 1953 (Nature 171, page 737) Traduction : G. Furelaud, avril 2003

« Nous souhaitons suggérer une structure pour [ « Nous souhaitons suggérer une structure pour [...] l'acide désoxyribonucléique (ADN). Cette structure présente de nouvelles caractéristiques qui sont d'un intérêt biologique considérable. Une structure pour l'acide nucléique a déjà été proposée par Pauling et Corey. [...] À notre avis, cette structure n'est pas satisfaisante. [...] Nous souhaitons proposer une structure radicalement différente pour [...] l'acide désoxyribonucléique. Cette structure a deux chaînes hélicoïdales enroulées chacune autour du même axe. [...] Les deux chaînes suivent des hélices dextres, mais [...] de directions opposées. [...] Les bases sont à l'intérieur de l'hélice et les phosphates à l'extérieur. [...] Il y a un résidu sur chaque chaîne tous les 3,4 Angström (10-10 m) selon l'axe z. Nous supposons un angle de 36°entre les résidus adjacents d'une même chaîne, de manière à ce que la structure se répète après 10 résidus sur chaque chaîne, c'est à dire après 34 Angström. [...] La nouvelle caractéristique de cette structure est la manière dont les deux chaînes sont maintenues assemblées par les bases puriques et pyrimidiques. Les plans des bases sont perpendiculaires à l'axe de la fibre.

Elles sont regroupées en paires, une unique base d'une chaîne étant reliée par des liaisons hydrogènes à une unique base de l'autre chaîne, de manière à ce que les deux [bases] se trouvent côte à côte [...]. Une des bases de cette paire doit être une purine et l'autre une pyrimidine pour que les liaisons [hydrogènes] soient présentes. [...] Les paires [de bases azotées] sont : adénine (purine) avec thymine (pyrimidine), et guanine (purine) avec cytosine (pyrimidine). En d'autres termes, si une adénine constitue un membre d'une paire, sur n'importe quelle chaîne, alors selon ces hypothèses l'autre membre doit être une thymine; il en est de même pour la guanine et la cytosine. La séquence des bases sur une simple chaîne n'apparaît aucunement restreinte. Il a été trouvé expérimentalement que le rapport entre les quantités d'adénine et de thymine, et le rapport entre guanine et cytosine, sont toujours très proches de l'unité dans l'acide désoxyribonucléique. [...] »

nucléotide à adénine nucléotide à thymine nucléotide à cytosine nucléotide à guanine

Pour finir, un clin d'oeil : l'ADN dans l'art contemporain

LONDRES 2012 Londres 2012

Canton Paris La Défense

Sculpture métallique

fin