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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/default.htm
-
vaguemestre@education.gouv.fr
CLASSE
DE PREMIERE
SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE
Série 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 uvre 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 uvre 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 uvre 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 uvre 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 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.
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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
|
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'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.
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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
|
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.
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ACTIVITÉS
ENVISAGEABLES
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NOTIONS
ET CONTENUS
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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.
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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.
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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'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.
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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 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.
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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.
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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. |
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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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