Modèles et modélisation en SVT : Structure de l'ADN et nature du message codé

Structure de l'ADN et nature du message codé

Réflexions pédagogiques

Objectifs

Connaissances :

La transgénèse montre que l'information génétique est contenue dans la molécule d'ADN et qu'elle y est inscrite dans un langage universel.

Capacités :

Recenser, extraire et organiser des informations

Attitude... :

...critique face aux ressources documentaires

Exemple de gestion de la séance

Correction d'un exercice sur la transgenèse fait à la maison

L'exercice choisi est le document 7 de la page 65 du Bordas. On peut le simplifier en supprimant la notion de plasmide (en remplaçant par petit chromosome).

L'important est que les élèves remarquent que le même "gène" s'exprime aussi bien dans une cellule humaine que dans une cellule de Levure. Remarque sur l'éloignement des deux organismes (Eucaryote et Procaryote; rappel de cette notion vue précédemment).

Présentation magistrale de la composition chimique et de la structure de l'ADN

Classique, sous Rastop (ou équivalent). Bilan :

Atomes	Micromolécules	Molécules moyennes	Macromolécule
H, P, O	Acide phosphorique	Nucléotides -- 4 bases azotées : 4 nucléotides Adénosine - - Cytidiine - - Guanidine - - Thymidine - -	Chaîne de nucléotides	ADN = 2 chaînes de nucléotides enroulées en double hélice
C, H, O	Désoxyribose
C, H, N (O)	4 bases azotées Adénine Cytosine Guanine Thymine

Et rappel de l'échelle du vivant dans laquelle se situe ce tableau :

Atomes Molécules simples Nucléotides ADN
Chromosome (Noyau) Cellule Organisme Écosystème

Consignes de travail

Chaque binôme dispose d'une portion de molécule d'ADN (une des dix portions d'ADN de la banque proposée). Etudiez votre ADN à l'aide des fonctions de RASTOP présentées précédemment, puis schématisez-la en utilisant les symboles proposés (sans la double hélice, les deux chaînes seront linéaires).
Proposez une hypothèse répondant au problème initial : Comment une information génétique est-elle codée dans l'ADN ?

Remarques

Les élèves utilisent le plus souvent RASTOP pour la première fois. Pour schématiser la portion d'ADN, la méthode la plus simple consiste à :

Rechercher un nucléotide dans la liste déroulante "Eléments"
Sélectionner les molécules de ce nucléotide (icône Nouvelle sélection )
Ouvrir la palette de couleurs (icône Palette )
Choisir une couleur (en cas de problème de coloration, vérifier si l'élève n'a pas modifié l'item par défaut de la liste déroulante = Atomes)
Noter sur le cahier la correspondance nucléotide-couleur
Sélectionner toute la molécule (icône Tout sélectionner ) puis renouveler avec un autre nucléotide

La difficulté pour l'enseignant est de doser la quantité d'informations techniques à distiller au cours de la présentation magistrale : ni trop (l'élève serait perdu) ni trop peu (l'élève appliquerait une simple recette). A ajuster selon le niveau de la classe et le temps disponible...

Voir des exemples de productions d'élèves.

Le bilan est réalisé collectivement à partir des séquences recopiées au tableau.

Voir des exemples de copies tableau des productions d'élèves

La discussion permet de faire émerger :

les ressemblances entre les portions d'ADN de différentes espèces. Elles sont composés des mêmes quatre nucléotides, avec complémentarité A-T et C-G sur les deux brins, argument en faveur d'une parenté, d'une origine commune de tous les êtres vivants.
leur différence majeure : l'ordre des nucléotides. La séquence des nucléotides est porteuse d'informations...

Questionnaire

Comme à chaque séance, il est possible de glisser une petite incise sur "Modèles et modélisation". Elle se fait ici par le biais d'un questionnaire axé sur les relations entre les modèles manipulés et la réalité.

Très rapide (environ 1 minute), il donnera des résultats sans doute variables selon la classe et surtout selon les petites remarques sur l'utilisation de modèles instillées au cours des séances précédentes.

En fait, il sert de prétexte à une brève réflexion au cours de laquelle divers points peuvent être abordés :

Cocher la première ligne est une erreur. Les représentations manipulées ne correspondent pas exactement à la réalité. On pourra s'appuyer sur l'article de Dominique ROJAT "Modélisation et simulation : quelques aspects des relations entre l'idée et le réel" paru dans le n°40 des dossiers de l'Ingénierie Educative (CNDP), et notamment son introduction.

"Si, après un certain temps, une théorie scientifique venait à se présenter comme a priori insensible à la critique, c’est-à-dire infalsifiable au sens de Popper, elle ne serait pas devenue parfaite, elle aurait simplement cessé d’être scientifique."

Pour étayer la discussion, on peut ouvrir un des fichiers d'ADN au format pdb avec un logiciel de traitement de texte (ou sous Rastop par les menus molécule / Fichier de molécule). On peut alors remarquer que chaque atome est défini par ses coordonnées x, y et z afin de le positionner dans l'espace (voir page Imagerie moléculaire : modèle ou réalité ?). Ces valeurs ne sont pas des mesures, mais le résultat de calculs : ce n'est qu'une approximation de la réalité. Remarquons que même si c'était des mesures, ce ne serait toujours qu'une approximation de la réalité à 1, 2, 5, 10, 20... décimales près selon la sensibilité de l'appareil de mesure. Remarquons aussi que le fichier pdb présente des atomes comme une sphère, alors qu'ils sont eux-mêmes constitués d'un noyau et d'électrons (pour rester à un niveau accessible aux élèves, sans parler de protons, neutrons et autres quarks...).
Cocher la dernière ligne n'a pas de sens : si les modèles manipulés ne correspondent pas du tout à la réalité, ils n'ont pas d'intérêt dans le cadre d'une démarche scientifique qui questionne sur ce réel.
Restent les deux lignes intermédiaires (les représentations manipulées correspondent un peu ou beaucoup à la réalité). Les modèles moléculaires ne contiennent qu'une sélection des éléments du réel nécessaires à la compréhension de ce réel (voir page "Qu'est-ce q'un modèle ?). Dans cette optique, la représentation sous Rastop contient plus d'éléments de la réalité que la représentation cahier : on peut considérer que le modèle pdb correspond "beaucoup" à la réalité et la représentation cahier "un peu" à cette réalité (mais suffisamment pour le niveau de réflexion scientifique d'un élève de Seconde).
Le modèle moléculaire (pdb sous Rastop) est le résultat de calculs mathématiques (différents algorithmes sont utilisés dans sa réalisation) : c'est un modèle mathématique construit dans un objectif de recherche scientifique. Le(s) schéma(s) du cahier sont des modèles artificiels (Réel simplifié) construit(s) dans un but pédagogique.