|
Bulletin Officiel du ministère de
l'Education Nationale et
du ministère de la Recherche
HS N°7 du 31 août
|
|
|
www.education.gouv.fr/bo/2000/hs7/vol5vie.htm
- vaguemestre@education.gouv.fr
|
CLASSE DE PREMIERE
SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRESÉRIE SCIENTIFIQUE
ENSEIGNEMENT OBLIGATOIRE
A. du 9-8-2000. JO du 22-8-2000
NOR : MENE0002063A
RLR : 524-6
MEN - DESCO A4
Vu L. d'orient. n° 89-486 du
10-7-1989 mod. ; D. n° 90-179 du 23-2-1990 ; A. du 10-7-1992 ; A. du 18-3-1999
mod. ; avis du CNP du 27-6-2000 ; avis du CSE du 11-7-2000
Article 1 - À compter de l'année scolaire 2001-2002, les dispositions de
l'arrêté du 10 juillet 1992 susvisés relatives au programme de l'enseignement
obligatoire des sciences de la vie et de la Terre de la classe de première de
la série scientifique sont annulées et remplacées par celles figurant en annexe
du présent arrêté.
Article 2 - Le directeur de
l'enseignement scolaire est chargé de l'exécution du présent arrêté qui sera
publié au Journal officiel de la République française.
Fait à Paris, le 9 août 2000
Pour le ministre de l'éducation nationale
et par délégation,
Le directeur de l'enseignement scolaire
Jean-Paul de GAUDEMAR
Annexe
Sciences de la vie et de la Terre
Série
scientifique
Nouveau
programme applicable à compter de l'année scolaire 2001-2002
PRÉSENTATION GÉNÉRALE
Objectifs et organisation
L'enseignement des sciences de la vie et de la Terre
constitue un élément clef de la formation scientifique. En cohérence avec les
enseignements du collège et de la classe de seconde, le programme permet
d'acquérir des connaissances fondamentales du champ disciplinaire, en mettant
l'accent sur le raisonnement scientifique, les démarches expérimentales et la
mise en œuvre des techniques. Ces connaissances, associées à la pratique
expérimentale, participent au développement de l'esprit critique requis pour
appréhender les enjeux éthiques et sociaux associés au progrès scientifique et
aux nouvelles technologies. Fondé sur des notions acquises dans d'autres
disciplines, notamment en physique-chimie, ce programme contribue à
l'orientation positive des élèves vers les carrières scientifiques.
SCIENCES DE LA VIE
L'ensemble du programme s'articule autour des relations
existant entre le génotype d'un organisme et son phénotype. Dans un premier
temps, la notion de phénotype est étudiée à différentes échelles :
macroscopique, cellulaire et moléculaire. Les différents niveaux d'organisation
une fois établis, le rôle fondamental des protéines dans la réalisation du
phénotype est approfondie à travers l'exemple des protéines enzymatiques.
L'étude de la synthèse des protéines permet, en s'appuyant sur les acquis de la
classe de seconde, d'établir le lien entre gènes et protéines. La compréhension
du fait que la diversité phénotypique résulte d'interactions complexes entre la
variabilité génétique et l'environnement est l'aboutissement logique de cette
progression. Dans un second temps, l'étude de la morphogénèse des végétaux
offre l'occasion de relier différents processus cellulaires, permettant
l'établissement du phénotype, à l'influence de certains facteurs de l'environnement.
Elle apporte une illustration de l'intégration de ces processus et du rôle
d'une hormone végétale : l'auxine. Un troisième volet prolonge l'étude de
l'adaptation de l'organisme aux variations de l'environnement réalisée en
classe de seconde. Il porte sur une fonction physiologique : la régulation de
la glycémie. Son étude permet de construire la notion d'homéostat. Elle permet
aussi de comprendre que la régulation de la glycémie est l'expression d'une
information génétique multiple, modulée par les facteurs de l'environnement, en
particulier l'alimentation. Elle est l'occasion de saisir les enjeux de la
médecine prédictive et les problèmes éthiques soulevés par la connaissance des
maladies génétiques. Une quatrième partie a pour objectif de dégager
l'importance de l'expression du génotype et de la plasticité dans la formation
du cerveau et dans l'individuation qui en dépend. Elle s'appuie sur la
mobilisation des acquis des classes antérieures et approfondit les bases
anatomiques et fonctionnelles de la communication nerveuse à travers l'étude du
réflexe myotatique. La connaissance des phénomènes à l'échelle cellulaire et
des mécanismes explicatifs des processus intégrateurs permet ensuite de traiter
de la part du génotype dans le fonctionnement du système nerveux et de la
neuroplasticité.
SCIENCES DE LA TERRE
L'ensemble du programme est centré sur la dynamique du
globe ; il s'appuie sur la connaissance de la structure et de la composition
chimique de la planète Terre. Prolongeant les acquis du collège et de la classe
de seconde, il s'inscrit dans une démarche scientifique visant à la
construction de modèles explicatifs qui constituent un cadre conceptuel au
questionnement et à la pratique expérimentale. L'analyse de données
expérimentales, notamment l'étude de la propagation des ondes sismiques et de
la composition chimique de la Terre, permet d'accéder à un modèle de la
structure de la Terre. Les mouvements relatifs des plaques lithosphériques, en
particulier de divergence au niveau des dorsales océaniques, ainsi que la
sédimentation, les activités tectoniques et magmatiques associées, sont
étudiés. Cette étude des processus de surface est complétée par une approche
des mouvements internes permettant de saisir le fonctionnement global de la
machinerie thermique de la Terre.
CLASSE DE TERRAIN
La classe de terrain est un moyen privilégié pour
favoriser le questionnement, l'observation, l'intégration des connaissances, à
une échelle aisément accessible à l'élève. Partie intégrante du programme de sciences
de la Terre, elle a pour objectif d'aider par la collecte des données de
terrain à la démarche scientifique de construction d'une représentation globale
de la dynamique de la Terre. En liaison avec le programme de sciences de la
vie, elle a également pour objectif de permettre une approche concrète de la
diversité morphologique des végétaux en relation avec différentes conditions
d'environnement.
Méthodologie
L'enseignement s'organise autour de la construction du
raisonnement scientifique et des approches expérimentales. Les différentes
parties du programme reposent sur des activités pratiques permettant à l'élève
de s'approprier les concepts, les méthodes, les techniques qui fondent la
connaissance scientifique. Au cours des séances de travaux pratiques, l'élève
apprend à saisir des données, à traiter des informations, à effectuer une
synthèse, à construire éventuellement un modèle, à formuler une hypothèse et à
développer l'esprit critique. Toute activité pratique permet la mise en œuvre
des techniques dans une démarche d'investigation. Prenant en compte ces
activités concrètes et expérimentales, le cours est l'occasion, par
l'alternance de phases dialoguées et informatives, de mises au point et d'une
organisation claire du savoir à mémoriser.
La plupart des parties du programme se prêtent
particulièrement bien à l'utilisation des techniques d'information et de
communication (TIC), dont certaines sont étroitement liées au champ
disciplinaire (mise en œuvre d'un dispositif expérimental assisté par ordinateur).
L'acquisition des données expérimentales et leur traitement informatique sont
l'occasion d'une analyse critique des résultats en fonction des montages
expérimentaux.
Les activités envisagées, permettant de réaliser ces
objectifs, sont proposées dans la colonne de gauche des différentes parties du
programme, en regard des notions et contenus qui s'y rapportent.
Le professeur dispose d'une totale liberté pédagogique
pour atteindre les objectifs fixés par le programme.
Évaluation
Dans un souci de cohérence et d'homogénéité, les notions
et contenus exigibles sont clairement explicités. De même, les limites du
programme sont précisées. Les évaluations, en cours et en fin d'apprentissage,
sont programmées de manière à permettre la progression éducative de l'élève.
Elles permettent d'éprouver les capacités de l'élève à mobiliser et appliquer
les connaissances du programme, et à mettre en œuvre les méthodes et techniques
qui pourront faire l'objet d'un contrôle en fin de scolarité.
SCIENCES DE LA TERRE
Thème général : structure, composition et dynamique de la Terre
Horaire : 10 semaines à raison de 2 heures de cours par
semaine et 2 heures de travaux pratiques.
Ce programme s'appuie sur les acquis du collège et de la
classe de seconde.
La tectonique des plaques et les modèles de la structure
et de la dynamique interne de la Terre fournissent un cadre de réflexion qui
s'enrichit et évolue au fur et à mesure de l'accumulation des données. La
démarche des scientifiques vise en permanence à enrichir les modèles de Terre,
à les critiquer et donc à les faire évoluer pour parfaire la description du
fonctionnement et de l'évolution de la planète qui est un système complexe.
L'ordre de présentation des objectifs de connaissance
n'impose aucune progression pédagogique particulière. Liberté dans la
progression est donc laissée au professeur.
Ainsi, il est possible de présenter d'abord les données
pour aboutir à une présentation synthétique de la structure et du
fonctionnement de la terre.
L'enseignant peut aussi tenir compte davantage des acquis
des classes antérieures et partir d'une présentation simplifiée des modèles de
Terre qui constitueront une référence que l'élève s'approprie, utilise,
questionne et enrichit dans sa progression au cours de l'année scolaire.
La classe sur le terrain est un moyen privilégié d'aborder
la géologie à une échelle aisément accessible aux élèves.
Sur un affleurement ou face à un paysage offrant une
grande diversité d'informations, l'élève est conduit à sélectionner un objet
d'étude pertinent. Il apprend à observer et décrire les objets d'intérêt
géologique, puis il en dégage des informations importantes. Il sollicite son
imagination pour les interpréter et les intégrer à une représentation plus
globale de la planète.
La confrontation entre les données acquises sur le terrain
et d'autres données choisies et présentées par le professeur permet d'orienter
la réflexion des élèves vers l'un des thèmes du programme. Le professeur
intègre la sortie sur le terrain dans sa progression pédagogique et la place au
moment jugé le plus opportun en fonction notamment du site retenu.
Les roches sédimentaires représentent un faible volume de
la planète et, de ce fait, peuvent être négligées quand on établit une
composition chimique globale de la Terre. Néanmoins, elles sont des
enregistreurs privilégiés de l'histoire de la Terre, de la tectonique des
plaques et des changements de l'environnement terrestre. Ces aspects sont
abordés en première à l'occasion de l'étude des marges passives et seront
développés en Terminale.
|
ACTIVITÉS
ENVISAGEABLES
|
NOTIONS
ET CONTENUS
|
|
Expérience analogique de réflexion et de réfraction des ondes sismologiques
sur une interface à l'aide d'ondes lumineuses. Mise en évidence de la zone
d'ombresismologique due au noyau de la Terre.
À partir de l'étude d'affleurements, mise en évidence des textures et
compositions chimiques d'échantillons représentatifs des enveloppes
accessibles de la Terre :péridotites, granitoïdes, basaltes.
La taille relative de l'échantillon et des minéraux ou verre qui le
constituent impose le choix de la quantité de roches à prélever pour obtenir
une composition chimique représentative de l'objet étudié.
Calcul de la composition chimique du noyau,connaissant celle des météorites
de type chondrite et celle des péridotites du manteau.
|
Structure et composition chimique de la Terre interne
(durée indicative : 3 semaines)
Origine, différenciation et structure interne de la
Terre
L'étude de la propagation des ondes sismiques montre que
la Terre est structurée en enveloppesconcentriques de tailles, masses et
masses volumiques différentes : la croûte (continentale ou océanique), le
manteau et le noyau. Les enveloppes sont séparées par des
discontinuitésphysiques et/ou chimiques. La lithosphère se distingue de
l'asthénosphère sous-jacente par un comportement rigide.
La température, la pression et la masse volumique
varient avec la profondeur.
Cette structure de la Terre résulte, d'une part de sa
formation par accrétion de petits corps dont les météorites de type chondrite
sont les vestiges, d'autre part de sa différenciation.
Limites : l'étude détaillée des météorites n'est pas au
programme.
Composition chimique de la Terre : des échantillons
naturels aux matériaux inaccessibles
Seuls les matériaux de la croûte et du manteau supérieur
sont observables à la surface de la Terre.Les enveloppes de la Terre,
accessibles par échantillonnage, ont des compositions chimiquesdifférentes
que l'on détermine à partir de l'étude de roches représentatives. Ces roches
sontformées de minéraux et/ou de verre.
La composition chimique des enveloppes de la Terre est
dominée par un nombre limité d'éléments dits "majeurs" (Si, O, Mg,
Fe, Ca, Na, K, Al).
Les principaux minéraux qui hébergent ces éléments sont
: olivines, pyroxènes, feldspaths, quartz, amphiboles et micas.La composition
chimique des roches est présentée en % massique d'éléments chimiques.
Les matériaux du manteau profond et du noyau sont
inaccessibles.
On peut néanmoins, par des modèles et des raisonnements
qui tiennent compte de la formation de la Terre à partir des chondrites,
préciser leurs compositions.
Limites : la structure détaillée des minéraux et la minéralogie exhaustive
ne sont pas au programme.
|
|
Les fondements de la tectonique des plaques(Wegener et la dérive des
continents, Vineet Matthews) : lecture critique de documents historiques.
Calcul des vitesses et sens de déplacementdes plaques lithosphériques à
partir de données géologiques. Exploitation de la carte des âges du fond des
océans : symétrie des âges dans l'océan Atlantique -dissymétrie des âges dans
l'océan Pacifique ;largeur variable d'un océan à l'autre dessédiments d'âge
donné, alignements devolcans de points chauds. Mise en évidencedes variations
des vitesses dans l'espace et dans le temps.
Calcul de vitesse et sens de déplacementdes plaques à partir de données
GPS.Réalisation d'un document de travailrécapitulatif qui constitue une
référence que l'élève va utiliser et approfondir dans sa progression, au cours
des années de première et de Terminale.
|
La lithosphère et la tectonique des plaques
(durée indicative : 2 semaines)
Découpage de la lithosphère en plaques d'épaisseur
variable, peu déformables à l'exception de leurs limites
Le relief de la Terre, la distribution géographique des
volcans et des séismes, les contours des bordures continentales sont des
signatures de la tectonique des plaques.
Mouvements relatifs des plaques : divergence au niveau
des dorsales océaniques où elles se forment, convergence dans les zones de
subduction et de collision où elles disparaissent, coulissage le long des
failles transformantes
Différentes données géologiques (âges des sédiments des
fonds océaniques, alignement desvolcans de points chauds, anomalies
magnétiques) permettent de reconstruire les directions et les vitesses des
mouvements des plaques ainsi que leurs variations pour les 180 derniers
millions d'années de l'histoire de la Terre.
Ces directions et vitesses sont mesurables sur des échelles de temps de quelques
années parles techniques de positionnement par satellites (GPS : Global
Positioning System).
Le modèle de la cinématique globale des plaques, fondé et construit sur des
observations géologiques et géophysiques, est validé et affiné par ces
mesures pratiquement instantanées.L'étude de la divergence se fait en classe
de première. La convergence est présentée en classe de première et sera
développée en classe Terminale.
Limites : les détails des techniques de positionnement GPS ne sont pas au
programme.
|
|
Expériences analogiques de tectonique en extension et comparaison avec les
observations géologiques.
Des péridotites aux basaltes. Formation des basaltes par fusion partielle des
péridotites.
Nature et chimie de la lithosphère océanique : roches initiales, roches
hydratées et/ou déformées.
Nature des roches sédimentaires des marges passives et des fonds océaniques :
enregistrement de l'histoire d'un océan.
|
Divergence et phénomènes liés
(durée indicative : 3 semaines)
Formation et divergence des plaques lithosphériques au
niveau des dorsales océaniques.
Activités tectoniques et magmatiques associées
- Tectonique : la morphologie, la présence de séismes et
les failles normales qui structurent les dorsales océaniques attestent de
mouvements en extension.
- Magmatisme : les dorsales océaniques sont le siège
d'une production importante de magma : de l'ordre de 20 km3 par an. Ces
magmas sont issus de la fusion partielle des péridotites du manteau induite
par décompression. Ils sont de nature basaltique. La fusion partielle leur
donne une composition chimique différente de celle de la roche source. Le
refroidissement plus ou moins rapide des magmas conduit à des roches de
textures différentes (basaltes/gabbros).
En s'éloignant de la dorsale, la lithosphère océanique se refroidit,
s'hydrate et s'épaissit.
- Marges passives des continents : elles sont
structurées par des failles normales et sont le siège d'une sédimentation
importante. Elles ont enregistré l'histoire précoce de la rupture
continentale et de l'océanisation. L'activité des failles normales, héritage
de rifts continentaux,témoigne de l'amincissement de la lithosphère et de sa
subsidence.
|
|
Expérience analogique de convection.
Estimation de la quantité de laves émise parun point chaud (ex : trapps du
Deccan ou plateaux océaniques) à partir de cartes et decoupes géologiques.
Comparaison avec laquantité de basaltes produite par le volcanisme des
dorsales océaniques.
|
La machinerie thermique de la Terre
(durée indicative : une semaine)
Dissipation de l'énergie interne de la Terre
Le flux de chaleur en surface en est la manifestation
principale. La chaleur interne a pour origine essentielle la désintégration
de certains isotopes radioactifs.
Convection du manteau terrestre
La fabrication de la lithosphère océanique, la
subduction et les mouvements des plaques lithosphériques sont les
manifestations d'une convection thermique à l'état solide du manteau
(transport de chaleur par mouvement de matière). Les dorsales océaniques
traduisent des courants montants chauds de matériel du manteau. Les plaques
en subduction traduisent des courants descendants froids.
Points chauds
Le magmatisme lié aux points chauds marque la remontée
ponctuelle de matériel du manteauprofond. Il s'exprime par des éruptions
massives de laves basaltiques (plateaux océaniques, trapps, alignements
insulaires).
|
|
|
La classe sur le terrain, une démarche scientifique
(durée indicative : une semaine)
La sortie de terrain a pour objectif d'observer des
affleurements, de s'approprier logiquement l'information géologique et les
questions qu'elle soulève, de sensibiliser l'élève à l'importance de la
collecte des données de terrain. Le contexte et les problèmes géologiques
choisis doivent se rattacher au contenu du programme.
Cette sortie géologique a également pour objectif une approche concrète de la
diversité morphologique des végétaux en liaison avec leur environnement.
|
SCIENCES DE LA VIE
THÈME GÉNÉRAL : DES PHÉNOTYPES À DIFFÉRENTS NIVEAUX
D'ORGANISATION DU VIVANT
Horaire : 20 semaines à raison de 2 heures de cours par
semaine et 2 heures de travaux pratiques.
Du génotype au phénotype, relations avec l'environnement (durée indicative : 6 semaines)
Cette partie du programme s'appuie sur les connaissances
acquises en classe de troisième (génétique) et de seconde (cellule et ADN).
Elle permet d'approfondir les relations entre l'information génétique et les
conséquences phénotypiques de son expression.
À partir de l'analyse des diverses échelles permettant de
définir un phénotype, il s'agit d'étudier les rôles respectifs des gènes et de
l'environnement dans la réalisation de ce phénotype.
L'importance des facteurs de l'environnement comme
modulateurs de l'activité des protéines enzymatiques est rapprochée de la
participation des protéines à la réalisation du phénotype.
La relation entre gènes et protéines est établie. Elle
permet de faire le lien entre la diversité allélique au sein d'une espèce et
ses conséquences phénotypiques.
Ce chapitre souligne que la diversité phénotypique au sein
d'une espèce est le résultat d'interactions complexes entre la variabilité
génétique et l'environnement.
|
ACTIVITÉS
ENVISAGEABLES
|
NOTIONS
ET CONTENUS
|
|
Analyse d'un exemple comme la
drépanocytose ou la phénylcétonurie...Comparaison de la structure des
protéines en relation avec l'exemple étudié.
|
La diversité des phénotypes
Le phénotype peut se définir à différentes échelles : de
l'organisme à la molécule.
Les phénotypes alternatifs sont dus à des différences dans les protéines
concernées.
|
|
Étude expérimentale de la catalyse enzymatique et de la double
spécificité.ExAO : mesure de la vitesse initiale en fonction de la
concentration du substrat d'une réaction enzymatique.
Exploitation de logiciels sur les modèles moléculaires et structures
spatiales de protéines enzymatiques et du complexe enzyme-substrat.
Simulation de l'actioncatalytique d'une enzyme.
|
Des protéines actives dans la catalyse : les enzymes
Les protéines enzymatiques sont des catalyseurs
biologiques. Elles présentent une doublespécificité : spécificité d'action et
de substrat. Les modalités de leur action reposent sur la formation du
complexe enzyme-substrat. Les propriétés des enzymes dépendent de leur
structure spatiale. Des modifications de structure spatiale, déterminées soit
par des changements de la séquence des acides aminés, soit par des conditions
du milieu (pH, température, ions...), modifient leur activité.
L'activité des enzymes contribue à la réalisation du phénotype.
Limites : l'étude des coenzymes, l'étude de
l'allostérie, les lois de la cinétique enzymatique, ne sont pas au programme.
|
|
Utilisation de logiciels relatifs à :
- la synthèse des protéines,
- l'exploitation d'une banque de données sur divers gènes.
|
La synthèse des protéines
La séquence des acides aminés des protéines est imposée
par l'information génétique située dans la molécule d'ADN.Un gène est défini
comme une séquence de nucléotides d'un brin d'ADN déterminant la séquence
d'un polypeptide donné.
La molécule d'ADN d'un chromosome est le support de très
nombreux gènes.
L'expression de l'information génétique se fait en deux
étapes : transcription et traduction.
Au cours de la transcription, un ARN messager complémentaire du brin
transcrit de l'ADN est synthétisé .
La traduction permet la synthèse cytoplasmique de
chaînes polypeptidiques. La séquence des acides aminés est gouvernée par
celle des nucléotides de l'ARN messager suivant un système de correspondance,
le code génétique.
Ce code génétique est universel et dégénéré.
La traduction débute au codon d'initiation et s'arrête
au codon stop.
Limites : la notion de gène morcelé, l'étude détaillée des mécanismes de
la transcription et
de la traduction ainsi que la maturation des ARN et des protéines, ne sont
pas au programme.
|
|
Analyse d'exemples : voie métabolique,pigments des yeux de drosophile,
albinisme, pigments végétaux.
Cas des drépanocytoses, des phénylcétonuries.
Exemple d'un cancer, prédisposition familiale, rôle de l'environnement et de
l'alimentation.
|
Complexité des relations entre gènes, phénotypes et
environnement
Un phénotype macroscopique donné résulte de processus
biologiques gouvernés par l'expression de plusieurs gènes. La mutation de
l'un seulement de ces gènes peut altérer ce phénotype. Un même phénotype
macroscopique peut donc correspondre à plusieurs génotypes.
Chez un individu donné, l'effet des allèles d'un gène va
dépendre également de l'environnement.
|
La morphogénèse végétale et l'établissement du phénotype
(durée indicative : 5 semaines)
Le phénotype morphologique d'un individu est le résultat
des interactions entre l'expression du génotype et son contrôle par
l'environnement. L'établissement de ce phénotype met en jeu un ensemble de
processus biologiques dont des gènes sont responsables (mitose, métabolisme
cellulaire, action d'hormones, mise en place des structures de l'organisme).
Les gènes gouvernent à la fois les grands traits de l'organisation et les
détails de la structure, en permettant la synthèse de protéines spécifiques aux
diverses échelles qui constituent l'organisme (cellules, tissus, organes, plan
d'organisation). L'expression de ces gènes est soumise à des facteurs externes
(abiotiques ou biotiques) dont la variabilité s'ajoutent à la diversité
allélique pour aboutir à une diversité phénotypique individuelle.
L'étude de la morphogénèse des végétaux permet d'aborder
dans un cadre intégré ces différents phénomènes qui contribuent à
l'établissement du phénotype.
|
ACTIVITÉS
ENVISAGEABLES
|
NOTIONS
ET CONTENUS
|
|
Observation de ports différents de végétaux d'une même espèce et d'espèces
différentes.Observation de ports de végétaux dans différentes conditions
d'environnement (cf. sortie de terrain de géologie).
|
La diversité morphologique des végétaux
La morphologie d'un végétal dépend en partie des
caractéristiques génétiques de l'espèce.En fonction de leur environnement,
des individus d'une même espèce peuvent avoir une morphologie différente.
Des réponses morphologiques semblables peuvent être obtenues avec des
végétaux d'espèces différentes placés dans un même environnement.
|
|
Réalisation d'expériences permettant d'identifier les zones de croissance
enlongueur.
Observation microscopique de méristèmes.
|
La morphogénèse associe la division et la croissance
cellulaire au niveau de territoires spécialisés
La mitose est localisée dans les méristèmes.
Elle permet de produire :
- des cellules qui vont ensuite se différencier et participer à la croissance
et à la structuration de l'organisme (feuilles, tiges, racines) ;
- des cellules qui restent indifférenciées et qui vont à leur tour constituer
des méristèmes (apical ou axillaire).
Limites : la description détaillée des cellules différenciées, les
mécanismes de la différenciation cellulaire et de l'organogénèse, la
morphogénèse des feuilles, le contrôle du fonctionnement du méristème
et la croissance en épaisseur, ne sont pas au programme.
|
|
Réalisation de préparations et (ou) observation microscopique de cellules en
mitose.
Analyse de l'expérience de Meselson et Stahl.
Exploitation de données sur les taux d'ADNà différents moments de la vie
cellulaire.
|
La mitose est un processus commun aux cellules eucaryotes
Au cours de l'interphase du cycle cellulaire, la
réplication de l'ADN s'effectue selon un mécanisme semi-conservatif, fondé
sur la complémentarité des bases.
Les structures cellulaires se modifient lors de la mitose.
Chaque cellule fille issue de la mitose contient le même patrimoine génétique
que la cellule initiale.
Limites : le contrôle du cycle cellulaire n'est pas au programme.
|
|
Réalisation de préparations et (ou) observation de cellules végétales.
Mise en évidence de la paroi cellulosique : cellulose, lamelle moyenne.
Mise en évidence de la turgescence cellulaire.
Obtention et/ ou observation de protoplastes.
Étude des expériences historiques de la miseen évidence d'une hormone
végétale :l'auxine.
|
Dans la tige, la croissance cellulaire est contrôlée par une
hormone : l'auxine
La paroi des cellules végétales en extension est
essentiellement composée de polysaccharides,dont la cellulose et les
hémicelluloses.
La pression de turgescence cellulaire et la plasticité pariétale permettent
la croissance cellulaire.
L'auxine, facteur de croissance ou hormone végétale, contrôle la croissance
cellulaire.
Elle est synthétisée par l'apex des tiges. Elle possède une double action :
- une action à court terme sur la plasticité pariétale ;
- une action à plus long terme sur l'expression de gènes qui participent aux
divers événements du métabolisme nécessaires à la croissance.
Limites : les détails des mécanismes de synthèse et de construction de la
paroi (métabolisme de la cellulose, de la construction de la paroi ainsi que
la diversité des molécules qui la composent),les mécanismes détaillés des
échanges hydriques et la notion de potentiel hydrique, les mécanismes
moléculaires détaillés de l'action de l'auxine sur la paroi, ne sont pas au
programme.
|
|
Réalisation et (ou) analyse d'expériences montrant le rôle de l'auxine sur la
croissance différentielle entre les deux faces d'un organe.
Réalisation et (ou) analyse d'expériences de clonage de végétaux.
|
Le développement du végétal est influencé par la répartition
des hormones en interaction avec les facteurs de l'environnement
La répartition inégale de l'auxine dans les tissus,
conséquence d'un éclairement anisotrope, permet une croissance orientée. Les
ramifications naturelles ou provoquées sont sous la dépendance d'un
changement de répartition des hormones dans le végétal qui conduit à
unchangement de morphologie.
La totipotence des cellules végétales permet le clonage.
Les proportions des différentes hormones (rapport des concentrations d'auxine
et de cytokinine) contrôlent l'organogénèse (tige, racines).
Limites : les mécanismes d'action des cytokinines ne
sont pas au programme.
|
La régulation de la glycémie et les phénotypes diabétiques
(durée indicative : 3 semaines)
Cette partie du programme a pour but de prolonger les
connaissances acquises en classe de seconde sur l'adaptation de l'organisme aux
variations de l'environnement (effort musculaire).
Elle met en évidence le fait qu'une fonction
physiologique, la régulation de la glycémie à court terme, est l'expression
d'une information génétique multiple. Dans certains cas, des facteurs
environnementaux tels que les déséquilibres alimentaires peuvent modifier cette
régulation.
Il s'agit d'envisager la glycémie comme un paramètre du
milieu intérieur maintenu constant à court terme en fonction des besoins de
l'organisme. Cette constance est le résultat de la mise en jeu de l'homéostat
glycémique : système réglé, système réglant.
Seule est étudiée la régulation de la glycémie à court
terme après un jeûne de courte durée ou après un repas. L'intégration de la
glycémie dans des boucles de régulation plus complexes, sous-tendant des
processus de régulation à long terme, ne fait pas partie du programme.
|
ACTIVITÉS
ENVISAGEABLES
|
NOTIONS
ET CONTENUS
|
|
Analyse de documents sur l'hyperglycémie provoquée.
Analyse de documents historiques sur la mise en évidence de la fonction
glycogénique du foie.
Expérience du foie lavé.
Mise en évidence du glycogène dans le foie.
Analyse de documents historiques montrantla fonction endocrine du pancréas.
Observation de coupes de pancréas.
Étude de l'évolution de la sécrétion plasmatique d'insuline et du glucagon en
fonction de la glycémie.
|
L'homéostat glycémique
Malgré des variations importantes (prise alimentaire
discontinue, consommation énergétiquevariable), la glycémie (grandeur réglée
de l'homéostat) oscille en permanence autour d'une valeur physiologique
voisine de 1g.L-1 (grandeur de consigne).
Cette homéostasie glycémique nécessite une gestion des
réserves de l'organisme.
Les cellules a et b du pancréas endocrine sont des capteurs de la glycémie. En
fonction des variations de la glycémie, elles émettent des messagers
chimiques, les hormones glucagon et insuline.
Le message hormonal est codé par la concentration plasmatique de l'hormone.
Les cellules cibles expriment les récepteurs spécifiques à ces hormones.
Sous l'action de l'insuline, le glucose est stocké sous forme de glycogène
dans le foie et les cellules musculaires squelettiques, ainsi que sous forme
de triglycérides dans le foie et les adipocytes.
Sous l'action du glucagon, le glucose est libéré par le foie dans le plasma .
Cellules pancréatiques (a et b), hormones (glucagon et insuline) et cellules cibles
constituent le système réglant de l'homéostat glycémique.
Limites :
- les mécanismes de transfert transmembranaire du glucose,
- les autres paramètres stimulateurs de la sécrétion d'insuline et du
glucagon,
- l'augmentation de la capture des acides aminés et de la synthèse des
protéines sous l'effet de l'insuline,
- les autres hormones qui interviennent dans la régulation de la glycémie,
- la régulation de la prise alimentaire et la physiologie du jeûne prolongé,
- les mécanismes de la lipogenèse, ne sont pas au programme.
|
|
Observation de coupes de pancréas d'animaux diabétiques.
Étude de documents permettant une comparaison entre les diabètes de type 1 et
de type 2.
Analyse de données relatives aux jumeaux monozygotes, à la transmission
familiale des diabètes.
Analyse de données épidémiologiques.
|
Les phénotypes diabétiques
Au niveau métabolique, le phénotype diabétique est
défini par une hyperglycémie (glycémie à jeun supérieure à 1,26g.L-1) . Sur le plan clinique, on
distingue deux phénotypes : le diabètede type 1 et le diabète de type 2.
Au niveau cellulaire, le diabète de type 1est caractérisé par la destruction
totale des cellules b secrétrices
d'insuline.
Le diabète de type 2 est dû à une insulinorésistance des cellules cibles de
l'insuline ainsi qu'à un déficit de l'insulinosécrétion.
De nombreux gènes sont impliqués dans le développement des diabètes.
On peut avoir une prédisposition génétique à un phénotype diabétique. Les
diabètes résultent de l'interactionentre ces gènes et des facteurs de
l'environnement, en particulier l'alimentation. Dans lamajorité des cas, le
diabète de type 2 se développe à la suite d'une obésité.
La connaissance précise des gènes de susceptibilité aux
diabètes et de leur polymorphisme entre dans le cadre de la médecine
prédictive. L'utilisation de cette connaissance soulève des problèmes
éthiques importants.
Limites : l'étude détaillée du diabète de type 1, l'étude détaillée des
divers polymorphismes géniques associés au diabète de type 2, ne
sont pas au programme.
|
La
part du génotype et la part de l'expérience individuelle dans le fonctionnement
du système nerveux
(durée indicative : 6 semaines)
Cette partie du programme a un double objectif :
- d'une part, permettre l'acquisition de notions de base
sur la communication nerveuse chez les mammifères et plus particulièrement chez
l'homme ;
- d'autre part, élargir la compréhension des relations
entre le phénotype et le génotype d'un organisme.
Les réactions comportementales, les représentations du
monde que se construit un organisme grâce à son système nerveux, sont des
aspects de son phénotype au même titre que ses caractéristiques physiques.
Le réflexe myotatique fournit un exemple du déterminisme
génétique impliqué dans l'organisation du système nerveux et les propriétés des
neurones.
Les approches suggérées de la plasticité du cortex
cérébral attirent l'attention sur le fait que, depuis le tout début de sa mise
en place jusqu'à la mort, l'organisation cérébrale inscrit dans sa structure
l'histoire individuelle de l'organisme. Cette épigénèse, permise par les gènes,
ouvre l'architecture corticale sur l'environnement physique et social. Elle
fait de chaque individu - même les vrais jumeaux - un être cérébralement
unique, parce qu'en constante reconstruction.
L'outil informatique est particulièrement utile pour
aborder l'étude de ces sujets de neurophysiologie. Outre l'expérimentation
assistée par ordinateur, il existe plusieurs logiciels de simulation,
complémentaires les uns des autres, permettant de mettre les élèves en
situation d'investigation.
|
ACTIVITÉS
ENVISAGEABLES
|
NOTIONS
ET CONTENUS
|
|
Réalisation et étude d'électromyogrammes relatifs au réflexe myotatique chez
l'homme.
Étude des supports anatomiques et cytologiques intervenant dans la
réalisation du réflexe.
Réalisation et étude de l'enregistrement du potentiel global d'un nerf par
ExAO.
Analyse d'enregistrement de l'activité électrique de fibres nerveuses issues
des fuseaux neuromusculaires.
Utilisation de logiciels de simulation de l'activité nerveuse.
Étude de documents sur le message nerveux.
Étude de documents relatifs à l'organisationde synapses et de la transmission
synaptique.
Étude de résultats expérimentaux montrant la mise en jeu de synapses
excitatrices et inhibitrices.
Analyse de documents relatifs au déterminisme génétique de certaines
formesd'insensibilité congénitale à la douleur.
|
Les propriétés intégratrices des centres nerveux et le
fonctionnement des neurones
Les circuits neuroniques médullaires mobilisés au cours
du réflexe myotatique
Le réflexe myotatique assure le tonus musculaire nécessaire au maintien de la
posture.
Le réflexe myotatique repose sur des populations neuronales :
- les neurones afférents qui ont leurs corps cellulaires dans les ganglions
des racines dorsales ; les extrémités de ces neurones afférents sont en
liaison avec des récepteurs sensoriels : les fuseaux neuro-musculaires ;
- les motoneurones des muscles étirés et les motoneurones des muscles
antagonistes dont les axones aboutissent aux fibres musculaires effectrices ;
- les interneurones inhibiteurs assurant les connexions entre les neurones
afférents et les motoneurones des muscles antagonistes.
Limites : l'étude détaillée du récepteur sensoriel et de
la plaque motrice, l'étude détaillée de la structure et du fonctionnement des
fibres musculaires, ne sont pas au programme.
Les potentiels d'action et les messages nerveux
- Les signaux émis par les neurones sont des potentiels
d'action
La genèse de potentiels d'action repose sur l'existence d'un potentiel dit de
repos, propriété commune à toutes les cellules.
Un potentiel d'action est une inversion transitoire de la polarisation
membranaire. Au coursde sa propagation le long d'une fibre, le potentiel
d'action conserve toutes ses caractéristiques.
Limites : les mécanismes ioniques sous-tendant la genèse
du potentiel de repos et du potentiel d'action, la propagation des potentiels
d'action par les courants locaux, ne sont pas au programme.
- Les messages nerveux
Les messages nerveux (afférents et efférents) se traduisent au niveau d'une
fibre par destrains de potentiels d'action, d'amplitude constante. Les
messages nerveux sont codés par lafréquence des potentiels d'action et le
nombre de fibres mises en jeu.
Limites : les mécanismes de la transduction (potentiels de récepteurs,
potentiels générateurs)ne sont pas au programme.
- Caractéristiques du fonctionnement des synapses
Un message nerveux est transmis d'un neurone à d'autres neurones ou à des
cellules effectrices par des synapses.
Au niveau d'une synapse, le message nerveux
présynaptique, codé en fréquence de potentiels d'action, est traduit en
message chimique codé en concentration de neurotransmetteur. Les molécules de
neurotransmetteur se fixent sur des récepteurs de la membrane post-synaptique
; cette fixation induit une modification de l'activité du neurone
post-synaptique. Ce changement d'activité est à l'origine d'un nouveau
message.
Limites : les mécanismes ioniques liés à l'activité des synapses ne sont
pas au programme.
- Activité du centre nerveux
Le traitement des messages afférents, en réponse au
stimulus d'étirement à l'origine du réflexemyotatique, modifie la fréquence
des potentiels d'action des motoneurones. Celle des motoneurones du muscle
étiré est augmentée alors que celle des motoneurones des musclesantagonistes
est diminuée, voire annulée.
Les motoneurones et les interneurones du réflexe
myotatique sont en connexion avec d'autres neurones que les neurones
afférents issus des fuseaux neuro-musculaires.
Dans certaines limites, la stimulation d'autres récepteurs sensoriels (par
exemple les récepteurs nociceptifs) ou une commande volontaire peuvent
inhiber le réflexe myotatique.
Limites : les notions de potentiel post-synaptique excitateur et de
potentiel post-synaptique inhibiteur ne sont pas au programme.
La part du génotype dans le fonctionnement du système
nerveux
Le phénotype comportemental des réflexes (par exemple le
réflexe myotatique et le réflexenociceptif d'évitement) est la conséquence de
la mise en place, au cours du développement,des chaînes de neurones, sous le
contrôle de l'information génétique.
|
|
Étude de documents d'imagerie cérébrale relatifs à l'activation du cortex
sensoriel.
Étude comparée des représentations corticales sensorielles chez deux espèces
de mammifères.
Étude de la représentation des vibrisses de rongeurs dans le cortex sensoriel
et sa modification génétique et épigénétique.
Analyse de l'évolution de la représentationcorticale des doigts des
violonistes, occupation du "cortex visuel" chez les non voyants...
|
Le cortex sensoriel et la plasticité du système nerveux
central
L'information sensorielle générée à la périphérie est
transmise au cortex sensoriel.
Dans le cortex somatosensoriel, chaque territoire de l'organisme est
représenté. Cettereprésentation est déformée par rapport à la surface des
territoires corporels.
Les zones corticales concernées sont constituées de neurones interconnectés
et organisés encolonnes.
Des modifications de l'activité neuronale à la périphérie régulent
l'organisation dynamiquedu cortex. Elles se traduisent par un remodelage des
connexions synaptiques, témoin de la plasticité neuronale.
La neuroplasticité est une propriété générale du système nerveux central.
Limites : les détails de l'organisation anatomique du cortex cérébral ne
sont pas au programme.
|