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Programmes
PROGRAMME DE LA CLASSE DE PREMIERE S
B.O.
HORS SERIE n° 7, Vol. 5, 31 août 2000
PROGRAMME
EN LIGNE
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.
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ACTIVITÉS
ENVISAGEABLES
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NOTIONS
ET CONTENUS
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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. |
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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 déplacement des 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.
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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). |
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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.
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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.
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ACTIVITÉS
ENVISAGEABLES
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NOTIONS
ET CONTENUS
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| 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'action catalytique d'une enzyme. |
Des
protéines actives dans la catalyse : les enzymes
Les
protéines enzymatiques sont des catalyseurs biologiques. Elles présentent
une double spécificité : 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.
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Propositions de progressions
(document de travail académique)
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.
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ACTIVITÉS
ENVISAGEABLES
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NOTIONS
ET CONTENUS
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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.
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ACTIVITÉS
ENVISAGEABLES
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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.
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Observation de coupes de pancréas d'animaux diabétiques.
Étude de documents permettant une comparaison entre les diabètes de type
1 et de type 2.
Analysede 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 1 est 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. |
Propositions de progressions (document
de travail académique)
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.
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ACTIVITÉS
ENVISAGEABLES
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NOTIONS
ET CONTENUS
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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'organisation de 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.
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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 cours de 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 des trains de potentiels d'action, d'amplitude constante.
Les messages nerveux sont codés par la fréquence 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 muscles antagonistes 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. |
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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...
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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. |
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