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4OS 2013-14

Objectifs d'apprentissage de 4OS

Objectifs généraux :

  • Découvrir l'étude des êtres vivants
  • Concevoir et critiquer des protocoles d'expérience. Utiliser le matériel pour réaliser des expériences. Ecrire et critiquer des rapports scientifiques.
  • Trouver des informations dans un ouvrage
  • Organiser/Sélectionner des données pour les exploiter
  • Argumenter, Discuter, Présenter.
  • Relier des éléments d'origines diverses et Développer son esprit critique

 

Le cours de 4OS met particulièrement en avant l'approche expérimentale. La plupart des concepts seront abordés avec les expériences qui ont mené à leur découverte. Ainsi, la compréhension de la démarche expérimentale et des expériences est bien plus importante en 4OS qu'elle ne l'est dans les degrés inférieures.

 

Aller directement aux objectifs de :

  1. La génétique (1e semeste)
  2. La physiologie animale : Immunologie (1e et 2e semestre)
  3. L'évolution (2e semestre)

 

Aller vers les évaluations et leurs correctifs.

 

Détails des objectifs (par leçon) :

GENETIQUE

30 août 2013 : Révisions/définitions "essentielles"  (en devoirs) et introduction à la génétique

  • Définir la vie (cellule ; métabolisme ; reproduction/évolution) et les différents termes de biologie comme autotrophe, hétérotrophe, cellules, métabolisme, etc.
  • Reconnaître et nommer les différentes sous-structures cellulaires (membrane, noyau, etc...). A partir de cela, déterminer l'appartenance d'une cellule aux règnes "végétal" et "animal" et au domaine des "procaryotes". Comparer ces types cellulaires.
  • Enumérer les différences entre les bactéries, les eucaryotes et les virus. Identifier les organismes vivants et les organismes non-vivants.
  • Expliquer et critiquer les résultats des expériences ayant permis de démontrer que l'ADN est le matériel génétique des cellules.
  • Réaliser et observer une préparation (avec coloration) de cellules épithéliales

Ref : CAMPBELL 7e/9e : Chapitres 1, 6, 8, (9, 10, 18/19), 16 // RAVEN: Chapitres 1, 5, 8, (9, 10, 26), 14

 

2 septembre 2013 : Extraction d'ADN + Structure de l'ADN

  • Elaborer un protocole d'extraction (isolation) d'ADN à partir de matériel vivant et justifier chaque étape. A partir de là, critiquer n'importe quel protocole visant l'obtention d'ADN à partir de tissus vivants.
  • Définir la structure de l'ADN. Reconnaître et nommer les différents composants d'un nucléotide.
  • Etablir les différences entre l'ARN et l'ADN (glucide des nucléotides ; usage des bases azotées), et en déduire les similitudes. A partir de cela, différencier les acides nucléiques et justifier sa réponse. Utiliser ces différences/similitudes pour résoudre un problème.
  • Définir les propriétés (bicaténaire, antiparallélisme, complémentarité + extrémités 5' et 3' + nature "acide") de la molécule d'ADN et les illustrer. A partir de là, identifier une erreur dans une structure proposée.
  • Définir la structure cellulaire de l'ADN tout au long du cycle cellulaire. Nommer les différents composants et définir leur nature. Enumérer et définir la nomenclature propre à ces structures (euchromatine, chromatide, chromosome, etc.). Les identifier sur une photo ou un schéma. Justifier la présence de ces structures aux différentes étapes du cycle cellulaire.
Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitres 5, 12, 15, 16, 19/18 // RAVEN Chapitres 3, 11, 14, 17

 

6 septembre 2013 : Cycle cellulaire (Mitose) et Cancer. (+ Méiose en devoirs)

  • Nommer et définir les différentes phases du cycle cellulaire (G1,S,G2,M). Définir le but/résultat de la mitose.
  • Enumérer chronologiquement les différentes phases de la mitose. Définir les principaux événements et les principales structures de chaque phase. Analyser les conséquences d'un toxique interférant avec une de ces structures.
  • En faire de même pour la méiose. Comparez mitose et méiose
  • Déterminer la phase d'une cellule à partir d'une illustration, et justifier son choix.
  • Identifier les principaux processus de contrôle du cycle cellulaire et les conséquences d'un dérèglement de ceux-ci.
  • Mettre en relation les éléments précédents (et suivant) avec les cancers, l'une des deux principales causes de mortalité des pays développés.
  • Identifier le côté évolutif de cette maladie.

Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitres 12, 15, 19/18 // RAVEN Chapitres 11, 12, 13, 18

 

9 septembre 2013 : Introduction à la réplication (les détails en devoirs).

  • Expliquer les différentes étapes du processus de la réplication.
  • Expliquer l'expérience de Meselson & Stahl et comment celle-ci prouve que le modèle semi-conservateur est le bon.
  • Nommer les différents protagonistes de ce processus (ADN, Hélicase, Polymérase, etc.) et définir / expliquer ses propriétés (Synthèse 5'->3', semi-conservative, etc.).
  • Situer ce processus dans le cycle cellulaire (Phase S de l'Interphase).
  • Identifier le principal problème de la réplication des ADN linéaires (des eucaryotes). Comparez aux ADN circulaires (des procaryotes).
Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitres 12, 16 // RAVEN Chapitres 11, 14

 

13 septembre 2013 : Télomères (et retour sur le Cancer).

  • Expliquer le principal problème de la réplication des ADN linéaires (des eucaryotes). Comparez aux ADN circulaires.
  • Décrire le processus cellulaire permettant de contrer ce problème et ses intervenants (Télomérase, etc.).
  • Comparer la télomérase aux autres polymérases impliquées dans le processus de réplication.
  • Démontrer l'intérêt de la télomérase pour les cellules germinales et comparer cela avec les cellules dépourvues de télomérase (p.ex, les cellules somatiques).
  • Analyser les conséquences potentielles de la réapparition de la télomérase dans les cellules somatiques (ou la disparition de cette enzyme dans les cellules germinales). Faire le lien avec le Cancer.

Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitres 12, 16, 19/18 // RAVEN Chapitres 11, (14,) 19

 

16 septembre 2013 : Méiose et Caryotype

  • Nommer et définir les différentes phases de la méiose.
  • Définir les principaux événements et les principales structures de chaque phase. Analyser les conséquences d'un toxique interférant avec une de ces structures, ou les conséquences d'une anomalie durant l'une des anaphases.
  • Comparez mitose et méiose
  • Décrire la procédure appelée Caryotype.
  • Identifier les informations pouvant être obtenues d'un caryotype et celles ne pouvant pas l'être.

Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitres 13, 15 // RAVEN Chapitres 12, 13

 

20/27/30 septembre 2013 : Génétique classique

  • Définir les éléments essentiels à la réalisation des expériences de génétique classique. Commenter et critiquer chaque élément. Concevoir de telles expériences.
  • Identifier et définir la nomenclature se rapportant à la génétique classique (phénotype, allèle, dominant, etc.). Utiliser correctement cette nomenclature.
  • Lire un arbre généalogique.
  • Résoudre (justifier et critiquer) des exercices mettant en pratique ces lois. Prédire des résultats de génétique classique
  • Identifier les limites/exceptions des lois de Mendel.

Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitres 14 // RAVEN Chapitres 13

-- fin du champ de la 1ère épreuve --

4 octobre 2013 : Théorie chromosomique, Polygénisme et Epistasie

  • Identifier la liaison à l'X comme une "exception" des lois mendéliennes. Démontrer que les chromosomes sont les porteurs de l'information génétique (-> Exp de Morgan)
  • Identifier la paradoxe entre le faible nombre de "liaisons génétiques" observé en génétique classique et le grand nombre de gènes par chromosome. Expliquer comment les cellules contournent la limitation du nombre de chromosomes pour augmenter la diversité génétique (-> Chiasma).
  • Expliquer la liaison génétique et son utilisation pour la cartographie des chromosomes.
  • Identifier le polygénisme comme une autre "exception" des lois mendéliennes. Illustrer le polygénisme avec quelques exemples (couleurs des grains de maïs, des yeux de drosophiles, de la peau humaine, etc.).
  • Expliquer le phénomène d'épistasie. Lier ce phénomène au polygénisme.
  • Résoudre (justifier et critiquer) des exercices mettant en jeu les concepts du cours.

Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitres 14, 15 // RAVEN Chapitres 13

 

7/11 octobre 2013 : Synthèse des protéines

  • Nommer et décrire les processus cellulaires permettant la synthèse des protéines chez les eucaryotes. Nommer les structures moléculaires (enzymes, ARN, etc) permettant une telle synthèse et expliquer leurs rôles.
  • Expliquer le code génétique et commenter/interpréter les expériences ayant menées à sa découverte. Discuter l'universalité du code et ses exceptions.
  • Situer dans la cellule ces processus et nommer/reconnaître les structures cellulaires impliquées.
  • Expliquer la synthèse des protéines membranaires et des protéines exportées et comparer cette synthèse à la synthèse des protéines cytoplasmiques. Identifier l'élément clef qui déterminera la localisation cellulaire d'une protéine.
  • Décrire la structure des protéines et son organisation en 4 niveaux. Identifier les principales structures et les modifications effectuées sur les protéines. Relier le fonctionnement des protéines à ces structures et ces modifications.
  • Résoudre (justifier et critiquer) des exercices sur la synthèse des protéines.

Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitres 5, 6, 17 // RAVEN Chapitres 3, 5, 15

 

1/4 novembre 2013 : Mutations génétiques

  • Décrire les différents types de mutation. Décrire en particulier, les mutations ponctuelles affectant la séquence codante et expliquer leurs effets sur la synthèse des protéines.
  • Evaluer l'impact d'une mutation génétique en fonction du changement provoqué sur la protéine (en particulier sur sa forme).
  • Identifier les principales cause des mutations génétiques et par extension les principaux moyens cellulaires pour lutter contre elles. Illustrer cela dans le cas des Cancers.
  • Relier les mutations génétiques au concept d'allèles (en génétique "classique").
  • Décrire le génome des eucaryotes supérieurs comme un mélange de séquences codantes, de séquences répétées, de "junk DNA", etc. dont certains éléments peuvent avoir de multiples fonctions.

Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitres 17, 19 // Raven Chapitres (13, 14, 17) 20

 

8 novembre 2013 : Régulation génétique
  • Nommer et identifier les différents éléments (structures, molécules) intervenant dans la régulation de l'expression des gènes.
  • Analyser un système d'expression génique et prédire l'état du système selon des conditions définies (et inversement).
  • Identifier et définir les différents niveaux de régulation des gènes (régulation fine (gène par gène) et régulation globale (méthylations et état de chromatine)).
  • Analyser l'impact (et la nécessité) d'une telle régulation au niveau d'un organisme pluricellulaire (p.ex. à travers les anomalies détectées en cas de trisomie ou,par la production de protéines différentes dans des tissus différents), et prédire/résoudre les conséquences d'anomalies de la régulation.
  • Expliquer l'importance de la combinaison d'éléments trans-régulateurs dans la régulation des gènes.
  • Identifier le rôle de l'épigénétique dans le phénotype et l'hérédité.
Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitres (15, 17), 18, 19, 21 // Raven Chapitres 18, 19

 

18 novembre 2013 : Génétique des organites + Epissage alternatif (à travers HPV)
  • Expliquer la transmission héréditaire de l'ADN mitochondrial (et chloroplastique).
  • Comparer la production de protéines mitochondriales selon leur origine (génome nucléaire ou mitochondrial).
  • Identifier une situation résultant d'une hérédité mitochondriale dans un arbre généalogique.
  • Expliquer le fonctionnement de l'épissage alternatif.
  • Illustrer le rôle de l'épissage alternatif dans l'évolution des génomes, son intérêt pour un organisme et ses contrôles.
Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitres 6, 15, 17, 18, 19 // Raven Chapitres 15, 17 // Documents supplémentaires

 

25 et 29 novembre 2013 : Expériences virtuelles (Construction d'une banque génomique + étude d'un protéome) + Génie génétique (PCR+Séquençage)
  • Comprendre/Evaluer les paramètres et les enjeux des techniques de génie génétique et de biotechnologie.
  • Critiquer une brochure de vulgarisation scientifique sur le génie génétique.

Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitre 18, 19, 20 // Raven Chapitre 16, 17

2 décembre 2013 : Génie génétique - critique de la création de PGM
  • Identifier/Décrire les techniques de transgenèse, leurs limites et leurs avantages.
  • Critiquer une brochure de vulgarisation scientifique sur le génie génétique.

Novembre/Décembre/Janvier : Expériences de biologique moléculaire :

Enzyme de Restriction et Electrophorèse

  • Réaliser une expérience de biologie moléculaire visant à couper de l'ADN puis séparer les fragments obtenus. Prédire les résultats de l'expérience d'après un modèle théorique.
  • Critiquer/justifier les résultats d'une expérience par rapport à un modèle théorique. Identifier l'importance de la maîtrise d'un maximum de paramètres.
  • Expliquer le fonctionnement des enzymes de restriction et de l'électrophorèse. Par extension, décrire les applications possible de ces techniques.
  • Expliquer les différences dans l'ADN des individus, conduisant à la notion "d'empreinte génétique", utilisé par la police scientifique.

 

Mutagénèse par radiation UV

  • Réaliser une expérience de biologie moléculaire visant à provoquer des mutations génétiques chez un eucaryote simple. Prédire les résultats attendus d'après la théorie.
  • Critiquer/justifier les résultats d'une expérience par rapport à un modèle théorique. Identifier l'importance de la maîtrise d'un maximum de paramètres.
  • Expliquer les phénotypes observés du système enzymatique de production de l'adénine chez la levure. Relier cette expérience au phénomène d'épistasie.

 

Transformation de bactéries

  • Réaliser une expérience de biologie moléculaire visant à introduire un plasmide dans une bactérie. Prédire les résultats attendus d'après la théorie.
  • Critiquer/justifier les résultats d'une expérience par rapport à un modèle théorique. Identifier la simplicité de la transformation, mais également sa faible efficacité.
  • Expliquer la transformation et le fonctionnement des antibiotiques/gènes de résistance. Relier cette expérience aux concepts d'évolutions et comparer-la à la reproduction sexuées des eucaryortes.
  • Discuter/Critiquer la pertinence et les risques de la création d'un tel OGM.

 

Conjugaison bactérienne et Antibiogramme

  • Réaliser une expérience de biologie moléculaire visant à mettre en évidence le phénomène de conjugaison et la résistance aux antibiotiques. Prédire les résultats attendus d'après la théorie.
  • Critiquer/justifier les résultats d'une expérience par rapport à un modèle théorique.
  • Expliquer le phénomène de conjugaison bactérienne et la résistance aux antibiotiques. Relier/Comparer cette expérience au phénomène de reproduction sexuée des eucaryotes.
  • Critiquer les antibiotiques et leurs utilisations dans la recherche, l'industrie, la médecine et l'élevage. En faire de même avec les gènes de résistances aux antibiotiques.

 

Décembre/Janvier (en devoirs - lecture du livre de référence) : Biotechnologies et Génie génétique.

  • Identifier/Expliquer les principaux outils (techniques) du génie génétique, en particulier : PCR (et séquençage), Electrophorèse, Endonucléase, Plasmide, Transformation, Transduction, Recombinaison, Sélection (et gènes marqueurs), etc.
  • Identifier/Expliquer les principales difficultés du génie génétique.
  • Identifier les limites du génie génétique et ses avantages.

 

 

Seconde évaluation :

  • Réalisation d'un poster par groupe sur un sujet de génétique, en lien avec le prochain chapitre (l'immunologie).
  • Par groupe de 3 à 4 élèves
  • Reddition : 6 janvier 2014
  • Taille du poster : A1 (soit 4x A3)

 

Troisième évaluation :

  • Date : 6 janvier 2014
  • Durée : 90 minutes
  • Champ : tous les objectifs précédents, en particulier ceux de génétique moléculaire et du génie génétique.

 

IMMUNOLOGIE

20 au 27 janvier 2014 : Introduction à l'Immunologie
  • Décrire l'organisation générale et les caractéristiques du système immunitaire des mammifères.
  • Identifier/Nommer les différents leucocytes et décrire/expliquer leurs principaux modes d'action.
  • Identifier l'origine des leucocytes (moelle osseuse) et des protéines sanguines (foie, lymphocyte B).
  • Décrire l'enchaînement des événements lors de l'inflammation, de la phagocytose, etc.
  • Identifier/Décrire les différents types de pathogène contre lesquelles doit agir le système immunitaire.
Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitre(s) 43, (18/19, 27, 28, 31, 33) // Raven Chapitre(s) 48, (26, 27, 28, 30, 32)

 

31 janvier au 7 févrire 2014 : VIH et SIDA
  • Décrire les principales caractéristiques des rétrovirus et en particulier le VIH. Comparer le VIH à d'autres virus (notamment Influenza et Herpes)
  • Identifier/Nommer les principaux gènes/protéines (et par extension les méthodes de détection) du HIV et décrire/expliquer son cycle de "vie". Relier ce cycle aux concepts de génétique déjà étudiés (en particulier régulation de l'expression, l'épigénétique, la synthèse des protéines).
  • Décrire/Expliquer comment le système immunitaire tente de combattre le VIH et comment le VIH échappe au système immunitaire.
  • Identifier l'impact de l'infection par le VIH sur le fonctionnement du système immunitaire (l'évolution de la maladie vers le stade SIDA).
  • Identifier/Décrire l'origine du VIH et les principales approches (actuelles et futures) pour soigner les séropositifs.
  • Relier les rétrovirus aux thérapies géniques et, la thérapie génique à la guérison potentielle du SIDA.
Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitre(s) 18/19, 43 // Raven Chapitre(s) 26, 48

 

10 au 14 février 2014 : Lymphocytes et réaction immune acquise/spécifique
  • Identifier/Décrire les principales caractéristiques des différents lymphocytes et des molécules associées à leurs fonctions (MHC, TCR, BCR, Anticorps, Antigène, CD4/CD8, etc.). Comparer ces différents lymphocytes et leur fonction(nement).
  • Identifier/Nommer les différents APC (Macrophage, cellule dendritique, Lymphocyte Bdécrire/expliquer leurs rôles dans la réponse immune acquise. Relier ces fonctions avec leur autres rôles dans le système immunitaire.
  • Décrire/Expliquer comment chaque lymphocyte acquiert sa spécificité et comment le système évite d'avoir des lymphocytes auto-réactif. En faire de même pour le "class-switch" des anticorps. Comparer les différentes classes d'anticorps et relier les principales classes à leur principale fonction.
  • Identifier/Décrire/Expliquer les étapes des réponses immunitaires acquises dépendant des Th1 et des Th2.
  • Expliquer la fabrication des cellules "mémoires" et de leur fonction dans le système acquis. Relier ces cellules aux systèmes acquis.
  • Relier chaque nouveau concept aux éléments vu précédemment (génétique, immunité).
Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitre 43 // Raven Chapitre 48

 

24 février 2014 : Génétique des lymphocytes
  • Identifier/Décrire/Expliquer les processus génétiques impliqués (recombinaison VDJ, (in)activation allélique) dans l'acquisition de la spécificité des lymphocytes (en particulier des B).
  • Identifier/Décrire/Expliquer la sélection positive et négative des lymphocytes (en particulier des T).
  • Identifier/Décrire/Expliquer les processus génétiques se déroulant après l'activation des lymphocytes B (Hypermutations somatiques, class-switch).
  • Relier chaque nouveau concept aux éléments vu précédemment (génétique, immunité). En particulier, relier la formation des cancers et les remaniements génétiques impliqués dans la fabrication des lymphocytes.
Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitre 43 // Raven Chapitre 48 et Lectures supplémentaires

 

28 février et 3 mars 2014 : Vaccination et "réaction croisée"
  • Identifier/Décrire/Expliquer les processus immunitaires impliqués dans la vaccination.
  • Identifier les différents types de vaccins ("mort", atténué, partiel, chimère) et comparer les "vaccins" aux "sérum" (p.ex anti-venin).
  • Identifier/Décrire le phénomène de "réaction croisée".
  • Identifier/Décrire les groupes sanguins (GS) humains et les anticorps dirigés contre ces groupes. Comparer les anticorps dirigés contre les GS (IgM exclusivement) avec les autres anticorps (majoritairement des IgG).
  • En déduire la notion de "réaction croisée" entre les bactéries endogènes et les groupes sanguins. Et par extension, la notion de zones "sanctuaires" (notamment avec la grossesse -> Seules les IgG passent par le placenta, seules les IgA passent par le lait).
  • Identifier l'importance de la vaccination dans notre société et les causes principales des réticences à la vaccination.
  • Relier chaque nouveau concept aux éléments vu précédemment (génétique, immunité). En particulier, relier le phénomène de réaction croisée à certaines maladies auto-immunes (endocardites provoquées par les streptocoques), aux allergies, etc.
Réf : Lectures supplémentaires et CAMPBELL 7e/9e Chapitre 43 // Raven Chapitre 48

 

mars-avril 2014 : Greffes, réactions allergiques et auto-immunes, pathogènes et zones "sanctuaires"
  • Identifier/Décrire/Expliquer les processus immunitaires impliqués dans la greffe (et son rejet, en particulier la réaction GvH), les réactions allergiques (hypersensibilités de type ...), les réactions auto-immunes et contre les différents pathogènes possible.
  • Identifier/Caractériser les différents types de pathogènes (bactéries, virus, champignons, protistes, toxines, animaux parasites) et comparer les réactions immunitaires à ces différents pathogènes. Par extension, prédire la réaction immunitaire face à un pathogène non étudié.
  • Identifier/Caractériser les défenses des pathogènes (facteurs de virulence) contre l'hôte et comparer leurs stratégies.
  • Expliquer le phénomène de zones "sanctuaires" et les situer. Expliquer en particulier la relation mère-foetus (notamment pour le facteur Rhésus).
  • Relier chaque nouveau concept aux éléments vu précédemment (génétique, immunité).
Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitre 18/19, 27, 43 // Raven Chapitre 26, 27, 48

 

 

EVOLUTION

28 avril et 2 mai 2014 : Mécanisme évolutif et aperçu général de l'évolution
  • Définir les notions d'évolution, de génétique des populations et d'espèces.
  • Citer/Critiquer les différents indices et preuves de l'évolution des espèces.
  • Décrire/Expliquer/Reconnaître les principaux mécanismes évolutifs (mutations, dérive génétique, flux génique, sélection naturelle, croisements non-aléatoires).
  • Situer/Décrire les principales étapes évolutives de la vie sur notre planète. En particulier l'apparition de la couche d'O3.
  • Identifier/Expliquer/Reconnaître la relation particulière entre l'Ecologie et l'Evolution. En particulier, Identifier/Critiquer l'importance de l'évolution face aux changements environnementaux.
  • Relier chaque nouveau concept aux éléments vu précédemment (génétique, immunité)
Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitre (1), 22, 23, 24, (25/26), 26/25, 32 // Raven Chapitre (1), 21, 22, 23, 24, (25), 31

 

5-12 mai 2014 : Evolution humaine
  • Définir/Situer/Décrire les principales étapes évolutives de l'apparition de notre espèce (bipédie, outils, etc.).
  • Citer/Critiquer les théories de l'origine de notre espèce (multirégionale, africaine, hybride) et Définir/Critiquer la notion d'espèces/sous-espèces entre H. sapiens et H. neanderthalensis.
  • Identifier/Reconnaître les crânes des espèces d'Homo et les comparer à celles d'autres espèces proches.
  • Illustrer les mécanismes évolutifs avec l'évolution des hominidés.
  • Relier chaque nouveau concept aux éléments vu précédemment (génétique, immunité, écologie, système nerveux).
Réf : CAMPBELL 7e/9e Chapitre 34 // Raven Chapitre 34