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Préparation au concours de l'Agrégation interne 2009-2010 Pour les séances des 12 et 16 décembre 2009

LES ENSEIGNEMENTS EN CLASSE DE PREMIERE Approches comparées de deux thèmes en 1ère ES et en 1ère S Education à l’environnement en Première Mots clés ADN, gène, allèle, génotype, phénotype, transgénèse, mutation, OGM, maladie génétique, code génétique, transcription, traduction, dominance, récessivité, agent mutagène, environnement

 Quelques pistes de révision -des gènes aux protéines : mécanismes fondamentaux -le code génétique : ses propriétés -mutations et facteurs environnementaux -diagnostic prénatal -maladies génétiques -conséquences des mutations à différentes échelles Logiciels à maîtriser -Anagène -Rastop (ou Rasmol) -Econappe Modèle à utiliser -modèle Nappe phréatique A l’oral Les leçons Du gène à la protéine (1ère S) Du génotype au phénotype à l’échelle moléculaire(1ère S) Du génotype au phénotype à l’échelle de l’organisme(1ère S) Du génotype au phénotype à l’échelle moléculaire(1ère S) L'ADN, support de l'information génétique(Lycée) Du génotype au phénotype chez les Angiospermes(1ère S) Les TP Du génotype au phénotype à partir d'exemples judicieusement choisis(1ère S) De l’ADN aux protéines(1ère S)

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Activités prévues au cours de la séance 1er sujet Des gènes aux protéines. Comparer ce thème dans une progression réalisée en 1ère S et celle réalisée en 1ère ES. Préciser la problématique, les objectifs à atteindre et les activités réalisées pour les atteindre. Utiliser les programmes et les commentaires joints à la fiche proposée. 2e sujet A partir des documents fournis, réaliser une activité : - en 1ère ES, dans le cadre d’une éducation à l’environnement, sur le thème : gestion de l’eau. - ou en 1ère L, dans le cadre d’une éducation à l’environnement, sur le thème : fonctionnement d’un agrosystème et conséquences environnementales.

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PROGRAMMES ET COMMENTAIRES EN CLASSES DE PREMIERE Enseignement scientifique 

Série littéraire Nouveau programme applicable à compter de l'année scolaire 2000‐2001  PRÉSENTATION  Quelle que soit leur formation initiale, nos contemporains auront en tant que citoyens, à participer à un nombre croissant de choix de société dans lesquels la science est impliquée. Il est évidemment hors de question de prétendre donner au lycée la maîtrise des connaissances scientifiques impliquées dans ces débats : qu'il s'agisse de l'environnement ou des manipulations génétiques,  les  problèmes  sont  trop difficiles,  et  en  général mal maîtrisés,  dans  leurs  conséquences  à  long  terme,  par  les scientifiques  eux‐mêmes.  Il  est  cependant  possible  de  fournir, même à  des  élèves  qui  ont  décidé de  centrer  leurs  études secondaires  hors  du  champ  des  sciences  expérimentales,  un  certain  nombre  de  clefs  pour  se  repérer  dans  les  enjeux  de société à venir. Concernant la série littéraire, ces clefs sont essentiellement d'ordre terminologique. Les thèmes traités dans l'enseignement scientifique doivent permettre, par  l'examen de situations modèles, de donner un contenu précis à un certain nombre de notions parfois complexes mais incontournables pour la culture de notre époque. Il s'agit d'une première approche qui doit également  donner  l'envie  d'aller  plus  loin  dans  la  compréhension  de  ces  sujets  (ou  d'autres  qui  relèvent  de  la  même démarche)  par  la  lecture  d'ouvrages  ou  de  revues  de  bonne  vulgarisation  scientifique  qui  sont  maintenant  largement disponibles. L'enseignement scientifique qui suit est organisé en deux parties : deux thèmes communs aux deux disciplines (sciences de la vie et de la Terre, sciences physiques et chimiques), représentant environ les deux tiers du programme, et un complément de thèmes propres à chacune des disciplines. Le choix de thèmes communs aux sciences de la vie et de la Terre et aux sciences de la matière (physique et chimie) vise à donner un sens à la notion d'enseignement scientifique. Il s'agit moins de développer une approche interdisciplinaire que de montrer comment, sur un même thème, des approches spécifiques et complémentaires doivent être mises en oeuvre. Le programme relatif à ces thèmes, dans sa présentation graphique, définit dans la colonne centrale les contenus relatifs à chaque  discipline,  et  propose  en  regard  des  activités  en  nombre  suffisant  pour  que  les  professeurs  puissent  choisir,  en fonction de leurs goûts et des intérêts de la classe, celles qui leur paraîtront illustrer le mieux les contenus du programme. D'autres  thèmes  se  prêtent  plus  difficilement  à  un  double  regard  disciplinaire.  Aussi,  les  professeurs  de  chacune  des disciplines choisiront, parmi plusieurs propositions, un thème à traiter dans un cadre strictement disciplinaire. Les thèmes choisis doivent permettre d'apporter à l'élève, outre les éléments de contenus et de méthode rappelés plus haut, les bases d'une réflexion plus philosophique, par exemple sur la distinction entre "monde réel" et "monde perçu", ainsi que des éléments sur "la place et la responsabilité de l'homme et de ses activités dans le monde".  Les  deux  thèmes  communs  aux  deux  disciplines  touchent  aux  bases  du  comportement  de  l'homme  en  rapport  avec  les paramètres physico‐chimiques de son milieu : ‐ la représentation visuelle du monde ; ce thème de physique et physiologie intégrée montre les propriétés d'un des facteurs du milieu (la lumière) en rapport avec le fonctionnement d'un système de réception (l'oeil) et de la représentation du monde que construit le cerveau ; ‐  l'alimentation  et  l'environnement  ;  ce  thème  comporte,  au  plan  biologique,  trois  parties  :  les  besoins  alimentaires,  les paramètres  de  la  production  qui  doit  permettre  de  satisfaire  les  besoins,  et  les  conséquences  environnementales  de certaines  des  pratiques  agricoles  ;  à  chacune  de  ces  parties  est  associé  un  contenu  de  physique  et  chimie  qui  lui  est coordonné : qualité et potabilité des eaux, quelques espèces chimiques présentes dans  les aliments,  leur conservation vue sous l'angle des antioxygènes. Le programme est complété par des thèmes au choix, strictement disciplinaires, qui ont été sélectionnés parmi les nombreux sujets porteurs d'intérêt pour les élèves. Ils permettent également de construire un savoir argumenté et méthodologique. 

• En sciences de la vie et de la Terre, l'enseignant choisit un thème parmi trois propositions qui abordent différents sujets de biologie fondamentale comportant des retombées pratiques en termes de santé humaine et d'éthique : ‐ un thème portant sur le contrôle neuro‐hormonal de la reproduction et ses conséquences, de la régulation des naissances à la procréation médicalement assistée ; ‐ un thème de génétique et biotechnologie qui poursuit une démarche initiée en troisième et approfondie en seconde et qui comporte des aspects allant du diagnostic prénatal jusqu'à une réflexion sur la médecine prédictive; ‐  un  troisième  thème,  plus  conceptuel,  porte  sur  l'évolution  (notions  de  parenté  et  d'innovation  génétique).  Il  complète partiellement  les  approches  évolutives  développées  antérieurement  en  seconde  et  permet  de  replacer  l'émergence  de l'homme dans le cadre de l'évolution des espèces. 

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• En sciences de  la matière (physique et chimie), deux propositions de thèmes ont été choisies pour  leur  importance dans l'environnement quotidien des élèves : ‐ enjeux planétaires énergétiques : il s'agit de présenter les principales sources de production d'énergie et de comparer leurs avantages et inconvénients respectifs, en particulier en termes de gestion des déchets (déchets nucléaires et rejets liés aux combustions de carburants) ; ‐ physique et chimie dans la cuisine : ce thème, à dominante plus chimique, se propose de montrer à l'élève qu'une cuisine est  une  sorte  de  laboratoire.  À  travers  un  ensemble  d'expériences  concernant  la  préparation  des  aliments,  quelques processus physico‐chimiques intervenant dans un des cadres les plus familiers sont mis en évidence. L'ordre des thèmes ci‐dessus ne préjuge en rien de  leur mise en place annuelle  laissée à  l'appréciation de  l'enseignant, de 

même  que  la  durée  exacte  pour  l'enseignement  de  chaque  thème  (obligatoire  ou  au  choix).  Cependant,  la  durée moyenne prévue est de 10 semaines par thème, également partagées entre l'enseignement de physique et chimie et l'enseignement de sciences de la vie et de la Terre. Les pratiques pédagogiques associées à cet enseignement doivent s'adapter au partage horaire entre les disciplines et à leur 

coordination pour ce qui concerne les deux thèmes obligatoires. Elles se déroulent en demi‐classe à raison de 1h30 de travaux  pratiques  (ou  TP‐cours)  par  semaine.  Ces  activités  s'appuieront,  partout  où  cela  sera  possible,  sur  les techniques de l'information et de la communication (TIC). L'ensemble de ces activités fait l'objet d'une évaluation.   ORGANISATION GÉNÉRALE  Deux thèmes obligatoires de dix semaines, communs aux deux disciplines SVT ‐ physique‐chimie (7h30 de TP‐cours en SVT et 7h30 de TP‐cours en physique chimie) ‐ Représentation visuelle du monde ‐ Alimentation et environnement 

Un thème au choix de cinq semaines, propre à chacune des disciplines (7h30 de TP‐cours en SVT et 7h30 de TP‐cours en physique chimie)  En SVT, ce thème est à choisir parmi : ‐ procréation ‐ du génotype au phénotype, applications biotechnologiques ‐ place de l'homme dans l'évolution  En sciences de la matière (physique chimie), ce thème est à choisir entre : ‐ enjeux planétaires énergétiques ‐ physique et chimie dans la cuisine   DU GÉNOTYPE AU PHÉNOTYPE, APPLICATIONS BIOTECHNOLOGIQUES Cette partie de programme s'appuie sur l'universalité de structure et de fonction de la molécule d'ADN étudiée en classe de seconde. Elle précise dans un premier  temps  les mécanismes biologiques assurant  l'expression de  l'information génétique. Par  la  suite,  à  partir  de  quelques  exemples,  elle  appréhende  la  notion  de  complexité  des  relations  entre  génotype  et phénotype.  Elle  permet  d'aborder  une  réflexion  critique  sur  l'étude  des  génomes  et  sur  l'utilisation  des  biotechnologies, particulièrement d'actualité dans le domaine biomédical et dans le domaine de l'éthique.    ACTIVITÉS ENVISAGEABLES  ‐  Analyse  de  divers  exemples  :  drépanocytose,  phénylcétonurie  ou  mucoviscidose,  xéroderma  pigmentosum,  rétinites pigmentaires ... ‐ Observation comparative des séquences de différents allèles et des séquences protéiques correspondantes, conséquences pour le phénotype macroscopique. ‐ Analyse d'exemples de production de nouvelles protéines par transgénèse intraspécifique, ou interspécifique (hormone de croissance, insuline, facteur de coagulation...). ‐ Analyse de divers exemples : pigments des yeux de drosophile, albinisme, groupes sanguins... ‐ Analyse de divers exemples : drépanocytose, phényl‐cétonurie (effets du passage de la phénylalanine vers le tissu cérébral, de l'alimentation...), cancer (prédisposition familiale, rôle de l'environnement et de l'alimentation). 

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‐ Étude d'un diagnostic prénatal. ‐ Débat argumenté en relation avec l'enseignement d'éducation civique, juridique et sociale.  NOTIONS ET CONTENUS De l'information génétique au phénotype – Applications  Des phénotypes à différents niveaux d'organisation du vivant Le phénotype peut se définir à différentes échelles : macroscopique, cellulaire et moléculaire. La relation entre ADN et protéines Les  gènes  sont  des  segments  de  la molécule  d'ADN  codant  pour  des  protéines.  La  séquence  des  nucléotides  dans  l'ADN gouverne  la  séquence  des  acides  aminés  dans  la  protéine  selon  un  système  de  correspondance,  le  code  génétique.  Les propriétés des protéines dépendent de leur séquence respective en acides aminés. Ces protéines, en régissant la structure et les activités cellulaires, contribuent à l'établissement du phénotype. La modification  du  génotype  d'un  organisme  par  transgénèse  qui  permet  de  produire  de  nouvelles  protéines  repose  sur l'universalité du code génétique. Limites : seuls sont traités les exemples permettant l'acquisition des notions d'échelle d'observation des phénotypes. On ne parlera  ici  que  des  parties  codantes  des  gènes.  Les  mécanismes  de  la  transcription  et  de  la  traduction  sont  hors programme. Complexité des relations entre génotype et phénotype ­ Applications ‐ 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. ‐ La réalisation d'un phénotype macroscopique dépend de l'interaction de plusieurs gènes entre eux et avec les facteurs de l'environnement. ‐ Médecine prédictive et diagnostic prénatal ont pour but de détecter la présence de certains allèles chez un individu 

Du génotype au phénotype, applications biotechnologiques Introduction L’objectif de ce thème du programme est l’étude de relations existant entre le génotype d’un organisme et son phénotype. Elle apporte des éléments de raisonnement et de connaissance scientifique concernant le rôle des gènes et de l’environnement dans l’élaboration du phénotype, et elle conduit, à partir de ces connaissances, à une réflexion sur les principales applications de la génétique moderne dans notre société. Cette partie est directement articulée sur les acquis du second cycle du collège (notamment la notion de diversité génétique des êtres humains), et sur ceux de la classe de seconde (ADN support de l’information génétique, relation mutation-mutant). L’analyse de phénotypes à différents niveaux d’organisation du vivant conduit à rechercher leur explication à l’échelle moléculaire ; les gènes interviennent sur les phénotypes par l’intermédiaire des protéines qu’ils codent. Les mécanismes de la synthèse des protéines sont hors programme. Le seul objectif à atteindre est celui d’une maîtrise élémentaire du code génétique de façon à faire comprendre comment une mutation au niveau de l’ADN peut entraîner un changement dans la séquence d’acides aminés de la protéine et par conséquent, éventuellement, dans ses propriétés. Puisque les mécanismes de transcription et de traduction sont hors programme, le code génétique sera exprimé en ADN. On se contentera dans le code génétique universel de remplacer U par T. La relation entre l’information génétique (les gènes) et le phénotype est établie via l’étude de la relation mutation-mutant et le codage de la séquence des protéines. La part des gènes dans le phénotype est ensuite abordée sous l’angle de sa complexité. Ainsi, la gravité des maladies classiquement considérées comme « monogéniques » (telles que la drépanocytose ou la phénylcétonurie) peut être modulée par certains allèles de gènes dits modificateurs : l’effet d’un gène sur le phénotype dépend du reste du génotype. En outre, l’expression phénotypique du génotype est modulée par les facteurs de l’environnement. En définitive, le phénotype unique de chaque individu, son état de santé dépendent de l’interaction complexe entre gènes et facteurs de l’environnement. Cette partie expose les bases génétiques indispensables pour aborder deux implications de la génétique dans la société actuelle : la transgénèse d’une part et les diagnostics et les prédictions qui peuvent être faites à partir de l’identification de certains allèles d’autre part, permettant ainsi d’ouvrir une réflexion sur les enjeux et limites de ces applications (organismes génétiquement modifiés, diagnostic prénatal, médecine prédictive). De l’information génétique au phénotype, applications Des phénotypes à différents niveaux d’organisation du vivant La relation entre ADN et protéines Connaissances exigibles – Notions de génotype ; gène (se limiter à la notion d’un segment de la molécule d’ADN codant un polypeptide) ; allèle ; phénotype ; caractère. – Effets d’une mutation aux différents niveaux d’organisation (de l’organisme à la molécule). – Le code génétique : principe et utilisation du tableau des correspondances codon-acide aminé. – Universalité du code génétique et possibilité de modification du phénotype par transgénèse. Limites (ne sont pas exigibles) – Partie non codante des gènes

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– Transcription, ARNm, traduction. – Expériences de décryptage du code génétique. – Notion d’enzyme. – Technique de transgénèse. – La connaissance des différents types de mutation. Complexité des relations entre génotype et phénotype, applications Connaissances exigibles – Différents génotypes pour un même phénotype : dominance, récessivité (écriture de génotypes). – Implication de plusieurs gènes dans la détermination d’un caractère. – Rôle des interactions génétiques (interaction de plusieurs gènes entre eux) ainsi que des facteurs de l’environnement dans la réalisation d’un phénotype macroscopique. – Utilisation de la détection de la présence de certains allèles chez un individu pour le diagnostic prénatal et en médecine prédictive.  Limites (ne sont pas exigibles) – L’étude de la transmission des caractères. – Les différents types d’interaction génétique et leurs mécanismes. – La construction des arbres généalogiques et les calculs de probabilité associés. – Les techniques moléculaires mises en jeu lors des prédictions génétiques. – L’analyse des résultats obtenus par ces techniques.  Alimentation et environnement Introduction Ce thème comporte deux parties. La première, intitulée « Comportements alimentaires et satisfaction des besoins », est un réinvestissement des acquis du collège (cycle central et classe de troisième). La seconde partie oriente sur un questionnement permettant de mesurer « l’importance de la production alimentaire et ses conséquences environnementales ». Le cycle central du collège a permis de construire l’idée que les aliments, au terme de plusieurs transformations, passent dans le sang à destination des organes. Les besoins permanents des organes ont été reliés à la nécessité d’une alimentation équilibrée. En classe de troisième, les besoins en nutriments et dioxygène étudiés au niveau des organes sont transposés au niveau cellulaire. On relie l’activité des cellules à un besoin permanent de matière et d’énergie. On étudie les composants des aliments et les critères d’une alimentation rationnelle. L’élève est alors capable d’adopter une attitude raisonnée dans la composition ou l’analyse critique d’un menu. La classe de première L reprend l’approche individuelle des problèmes de l’alimentation. Elle l’aborde par la notion d’appétence, liée à une prise d’aliments ne correspondant pas forcément aux besoins. Pour traiter cette partie, il est donc nécessaire de connaître les principes d’une alimentation équilibrée permettant de construire et de faire fonctionner l’organisme. En relation avec la connaissance des groupes d’aliments et de leurs caractéristiques nutritionnelles, on souligne l’importance de l’eau et des glucides qui font l’objet d’une étude complémentaire en cours de physique-chimie. La seconde partie du programme permet d’aborder le problème de la production alimentaire et les conséquences sur l’environnement d’une production à haut rendement. On indique dans ce cadre le problème du stockage et de la conservation des produits alimentaires, qui est développé en physique- chimie. La production alimentaire intensive conduit à envisager les conséquences des pratiques agricoles sur la santé et l’hygiène alimentaire, et à évoquer les notions de lutte intégrée et d’agriculture raisonnée. La représentation de l’enseignement sous forme de TP1, TP2… n’indique pas un ordre à suivre impérativement mais délimite seulement les notions à envisager. Comportements alimentaires et satisfaction des besoins Choisir ses aliments Connaissances exigibles – Connaissance des groupes d’aliments et de leurs caractéristiques nutritionnelles. – Participation des habitudes culturelles et des fonctions sensorielles (vision, gustation, olfaction, audition) au choix des aliments. Limites (ne sont pas exigibles) – La connaissance de la structure des molécules de glucides, lipides et protides. – La physiologie du système nerveux permettant la détection et la reconnaissance des aliments. Évaluer ses besoins Connaissances exigibles – Ration alimentaire et bilan énergétique équilibré : connaissance des variations de la dépense énergétique adaptée aux besoins de chaque individu ; diversité des apports. – Estimation de la valeur énergétique de la ration alimentaire et de la dépense énergétique. – Les besoins qualitatifs : vitamines, ions minéraux, acides aminés indispensables, acides gras indispensables. Limites (ne sont pas exigibles) – Liste détaillée des vitamines, des acides aminés indispensables et des acides gras indispensables. Analyser les conséquences d’une ration déséquilibrée Connaissances exigibles – Évolution des habitudes alimentaires dans les pays à haut niveau de vie (augmentation de la consommation de glucides à absorption rapide et de graisses animales) et conséquences sur la santé des individus (maladies cardio-vasculaires, obésité, diabètes). – Repérage des carences quantitatives et/ou qualitatives et de leurs conséquences.

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Limites (ne sont pas exigibles) – Énumération des pathologies par carence alimentaire et de leurs caractéristiques cliniques. Production alimentaire et environnement Quantifier les productions alimentaires Connaissances exigibles – Relations alimentaires entre les êtres vivants. Circulation de matière et d’énergie dans les chaînes alimentaires. – Notion de rendement et de productivité secondaire. – Facteurs influençant le rendement et la productivité des cultures et des élevages. Limites (ne sont pas exigibles) – La distinction de la productivité primaire brute et de la productivité nette. – La notion de facteur limitant. – Les calculs mathématiques de rendements et de productivité.  Analyser le fonctionnement d’un agrosystème et ses conséquences environnementales Connaissances exigibles – Notion d’agrosystème : système en déséquilibre créé pour les besoins humains. – Augmentation de la productivité par l’apport d’engrais chimiques (nitrates, phosphates, sels d’ammonium ou de potassium). – Les conséquences directes sur l’environnement liées à la fertilisation des sols (concentration des pesticides le long des chaînes alimentaires, etc.). Limites (ne sont pas exigibles) – Étude de la diversité des agrosystèmes. – Étude de la diversité des pollutions. 

Enseignement scientifique Série économique et sociale 

PRÉSENTATION  Cet enseignement de biologie, nouveau pour la série ES, a pour objectif d'apporter des connaissances et une démarche, celle des  raisonnements  scientifiques,  au  travers  de  thèmes  qui  touchent  à  la  responsabilité  individuelle  et  collective  face  aux grands problèmes actuels de société. Il s'agit d'aborder différents sujets de santé humaine ou ayant trait à l'environnement et  comportant  des  retombées  en  termes  pratiques  et  socio‐économiques,  ainsi  qu'en  termes  d'éthique  personnelle  et collective. 

Les thèmes sont répartis en deux catégories : trois thèmes obligatoires et un thème au choix. Les thèmes obligatoires constituent la première partie du programme. Ils concernent le fonctionnement du corps humain : ‐ un thème de physiologie intégrée est centré sur le fonctionnement des centres nerveux au travers d'un exemple, celui de la réponse  à  un  stimulus  nociceptif,  qui  permet  d'aborder  les  interactions  entre  système  nerveux  et  substances  chimiques, conduisant à la notion de médicament et de drogue ; ‐ un thème portant sur le contrôle neuro‐hormonal de la reproduction et ses conséquences, au plan de la santé individuelle, de la régulation des naissances à la procréation médicalement assistée ; ‐  un  thème  de  génétique  et  biotechnologie  qui  poursuit  la  démarche  initiée  en  troisième  et  approfondie  en  seconde.  Il comporte des aspects allant du diagnostic prénatal jusqu'à une réflexion sur la médecine prédictive. 

Un thème à choisir parmi les quatre propositions suivantes complète le programme. Trois  thèmes  porteurs  d'un  questionnement  sur  l'environnement  sont  proposés,  avec  des  approches  qui  vont  de  l'objet biologique  aux  considérations  mondialistes.  Ils  s'inscrivent  dans  la  perspective  de  développer  les  interactions  avec l'enseignement de la géographie et de sciences économiques. Les thèmes au choix sont : ‐  un  thème  sur  l'alimentation  et  l'environnement  qui  peut  permettre  une  approche  à  la  fois  individuelle  et  globale.  Il comporte trois parties  :  les besoins alimentaires (dans  le prolongement du programme de troisième),  les paramètres de  la production qui doit permettre de satisfaire les besoins, les conséquences environnementales de certaines pratiques agricoles ; ‐ un thème sur la gestion d'une ressource biologique ‐ le bois ‐ dont les propriétés physiques et chimiques justifient l'emploi comme matériau de l'industrie. Son exploitation a des conséquences en termes d'impact sur l'environnement (pollutions) et nécessite la gestion des écosystèmes. Ce dernier point prolonge certains aspects du programme de seconde ; ‐  un  thème  touchant  à  une  ressource  naturelle  ‐  l'eau  ‐  composant  indispensable  aux  êtres  vivants,  et  dont  l'inégale répartition a des retombées économiques et sociales très importantes. Un quatrième thème, plus conceptuel, porte sur  l'évolution (notions de parenté et d'innovation génétique).  Il complète en partie  les  approches  évolutives  développées  antérieurement  en  seconde  et  permet  de  replacer  l'émergence  de  l'homme dans le cadre de l'évolution des espèces. 

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L'ordre des thèmes ci‐dessus ne préjuge en rien de leur mise en place annuelle qui est laissée à l'appréciation de l'enseignant, 

de même que la durée exacte de chaque thème. Cependant, la durée moyenne prévue est de 7 à 8 semaines par thème. Les pratiques pédagogiques associées à cet enseignement doivent s'adapter au partage horaire entre les activités de cours (1h hebdomadaire) et les activités de travaux pratiques (qui équivalent à 1/2h par semaine en classe à effectif réduit). Ces activités s'appuieront, partout où cela sera possible, sur les techniques de l'information et de la communication (TIC). L'ensemble de ces activités fait l'objet d'une évaluation.  ORGANISATION GÉNÉRALE deux thèmes obligatoires de 7  à  8  semaines  chacun  (durée  indicative  :  7  à  8 heures de  cours  et  3  heures d'activités pratiques)  Communication nerveuse Du génotype au phénotype, applications biotechnologiques Procréation 

 Un thème au choix de 7 à 8 semaines (durée indicative : 7 à 8 heures de cours et 3 heures d'activités pratiques) Alimentation, production alimentaire, environnement Une ressource naturelle : le bois Une ressource indispensable : l'eau Place de l'homme dans l'évolution   

UNE RESSOURCE INDISPENSABLE : L’EAU Ce thème est centré sur les aspects suivants : l'eau est une ressource finie, recyclable et inégalement répartie. Il a une portée générale qui  le  rapproche du thème "la planète Terre et son environnement" développé en seconde.  Il contribue à ancrer dans  la conscience et  le  savoir de  l'élève  les acquis de cette classe  :  fragilité de  l'environnement,  importance des activités humaines  au  regard  des  équilibres  naturels.  Il  a  aussi  des  composantes  de  proximité  qui  permettent  de  faire  prendre conscience à l'élève de l'importance des actions quotidiennes de l'homme dans son milieu de vie immédiatement accessible. Ce thème se prête à des interactions avec l'enseignement de géographie et de sciences économiques.  ACTIVITÉS ENVISAGEABLES NOTIONS ET CONTENUS ‐ Étude de cartes infrarouges, de cartes météorologiques, de cartes de pluviométrie. ‐ Construction du cycle de l'eau à partir de données numériques. ‐ Mise en évidence de l'évapotranspiration chez les plantes. ‐ Étude de la capacité de rétention de l'eau par le sol. L'eau sur la planète L'eau douce est une ressource indispensable aux êtres vivants et aux activités humaines. L'eau de la planète est répartie dans différents réservoirs (océans, glaciers et calottes polaires, atmosphère, lacs et rivières, nappes phréatiques, sol, biosphère). Les transferts quantitatifs entre les différents réservoirs constituent le cycle de l'eau. L'eau  douce  est  inégalement  répartie  à  l'intérieur  des  continents.  Son  utilisation  par  l'homme  (urbanisation,  irrigation) modifie le flux de l'eau entre les différents réservoirs et peut aboutir à la désertification. Limites : l'eau mantellique et les mécanismes physico­chimiques de transfert d'eau ne sont pas au programme. ‐ Construction de modèles analogiques de nappes. ‐ Exploitation informatique d'une banque de données. ‐ Analyse des critères de potabilité. ‐ Mise en évidence d'une DBO (demande biologique en oxygène) ou d'une DCO (demande chimique en oxygène). ‐ Étude d'un exemple de traitement. ‐ Mise en évidence d'une auto‐épuration. ‐ Visites de captages pourvus d'aires de protection et d'une station d'épuration. Gestion de l'eau L'eau douce utilisée est puisée dans les lacs, les cours d'eau et les réservoirs souterrains. Elle peut être stockée temporairement dans des réservoirs superficiels. Les  réservoirs  souterrains  et  superficiels  sont  sensibles  aux  pollutions  biologiques  ou  chimiques  (nitrates,  pesticides, radionucléides...). La  protection  des  réservoirs  et  un  traitement  des  eaux  usées  sont  indispensables.  Les  matières  organiques  polluantes peuvent être dégradées sous l'action de micro‐organismes . L'homme utilise les propriétés de ces micro‐organismes dans le traitement des eaux usées.  

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Une ressource indispensable : l’eau  Introduction Ce thème se propose d’étudier de manière raisonnée les principaux problèmes liés à la ressource en eau. Il s’agit à la fois d’apporter des informations sur ce problème d’actualité et d’induire une réflexion des élèves sur leur comportement quotidien quant à l’usage de l’eau. La disponibilité d’une eau de qualité en quantité suffisante pose des questions urgentes à la population humaine qui vit dans des sociétés de plus en plus urbanisées et industrialisées. Ces questions nous sont posées et se poseront avec encore plus d’acuité aux futurs citoyens que sont les élèves d’aujourd’hui. Il s’agit de montrer, à partir de différents usages de l’eau, combien elle est indispensable. L’eau est un aliment commun à tous les êtres vivants mais c’est aussi un solvant, quasi universel, un moyen de transport, une source d’énergie, un lubrifiant… Ces différents usages conduisent à une consommation de plusieurs centaines de litres par jour et par habitant. Il n’est pas sans intérêt de rappeler qu’il faut 20 litres d’eau pour faire une salade et 110 000 litres pour faire une automobile. Ces différents usages conduisent à rejeter dans la nature des eaux usées. L’étude des différents réservoirs où se trouve l’eau sur Terre permet de montrer que seuls certains d’entre eux fournissent l’eau utilisée par l’Homme. Cela doit conduire à la notion « d’eau disponible ». Ce thème prolonge le programme de la classe de seconde concernant la fragilité de l’environnement et en particulier les échanges dans les enveloppes fluides. L’étude quantitative des flux entre les différents réservoirs permet de fixer l’importance des phénomènes dans l’espace et dans le temps. Le cycle de l’eau établit la notion « d’eau recyclée ». À propos de la répartition de l’eau, il s’agit de poser le problème des ressources régionales en eau. Des exemples locaux peuvent aisément servir d’assise à cette étude. La répartition de l’eau dépend des conditions climatiques et de la nature géologique des réservoirs, mais le développement de l’agriculture, l’urbanisation et l’industrialisation entraînent une augmentation de la consommation locale. L’Homme modifie les flux naturels à son profit (puits, barrages, réservoirs artificiels, irrigation, etc.). Si ces modifications du régime des eaux permettent le développement de cultures en zones arides, elles peuvent aussi aller jusqu’à la désertification de certaines régions. Il semble nécessaire de choisir des exemples qui ne soient pas uniquement « négatifs ». L’exemple de l’approvisionnement en eau des grandes métropoles permettra de poser le problème crucial des conséquences de la croissance des populations urbaines. Il s’agit ensuite de mettre en évidence la fragilité de la ressource en eau et donc la nécessité de gérer cette ressource. L’eau disponible est fragile. L’objectif est de faire prendre conscience aux élèves qu’il est nécessaire de protéger les réservoirs puisqu’ils servent à l’approvisionnement en eau. La fragilité des réservoirs est essentiellement due à deux phénomènes : les produits largués directement dans la nature (engrais, produits phytosanitaires) qui par percolation, ruissellement ou dissolution vont se retrouver dans les réservoirs, et les eaux usées ménagères et industrielles qui sont rejetées dans la nature. Les réservoirs servent donc à la fois de source d’approvisionnement et de lieu de stockage des déchets de l’activité humaine. L’étude de la diffusion d’un polluant dans un réservoir (pollution d’une rivière, d’une nappe) permet de renforcer les notions acquises en classe de seconde. L’étude d’un exemple local de la protection mise en place autour d’un captage doit permettre d’évoquer la réglementation mais aussi les problèmes induits par l’agriculture, les décharges et les effluents provenant des exutoires des stations d’épuration ou des collecteurs d’eaux usées. L’eau sur la planète Connaissances exigibles – Cycle de l’eau, principaux réservoirs et transferts. – Notions d’eaux usées, d’eau accessible (eau économiquement exploitable), de réserves en quantité finie. – L’eau douce, ressource indispensable aux êtres vivants et aux activités humaines. – Répartition géographique inégale de l’eau douce. – Notion d’eau disponible. – Notion d’eau recyclée. – Modifications anthropiques des flux d’eau (irrigation, urbanisation…), leurs conséquences (cultures, désertification…). Limites (ne sont pas exigibles) – La liste exhaustive des différents usages de l’eau. – La liste exhaustive des différents types de pollution. – L’eau mantellique et les mécanismes physico-chimiques de transfert d’eau. – Les eaux souterraines profondes. – Les eaux fossiles.

– La liste exhaustive des types de modification des flux d’eau. –

Gestion de l’eau Connaissances exigibles – Notion de nappe phréatique. – Notion de critères de potabilité. – Notion de sensibilité des réservoirs à la pollution ; capacité et limites de l’auto-épuration. – Notion de protection des réservoirs. – Principe du fonctionnement d’une station d’épuration : notions de DBO et DCO, de minéralisation par les micro-organismes. Limites (ne sont pas exigibles) – Le rabattement des nappes.

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– La recharge des nappes. – Les calculs de débit d’un aquifère. – La notion d’équivalent habitant. – Les techniques de déminéralisation. – Les processus de fermentation. – Les problèmes liés au collectage des eaux usées. --Les problèmes liés à la distribution des eaux potables.

Enseignement scientifique Série Scientifique 

 Du génotype au phénotype, relations avec l'environnement  (Durée indicative : 6 semaines)  Cette partie du programme s'appuie sur les connaissances acquises en classe de troisième (génétique) et de seconde (cellule et ADN).  Elle  permet d'approfondir  les  relations  entre  l'information  génétique et  les  conséquences phénotypiques de  son expression. À partir de l'analyse des diverses échelles permettant de définir un phénotype, il s'agit d'étudier les rôles respectifs des gènes et de l'environnement dans la réalisation de ce phénotype. L'importance des facteurs de l'environnement comme modulateurs de l'activité des protéines enzymatiques est rapprochée de la participation des protéines à la réalisation du phénotype. La relation entre gènes et protéines est établie. Elle permet de faire le lien entre la diversité allélique au sein d'une espèce et ses conséquences phénotypiques. Ce  chapitre  souligne  que  la  diversité  phénotypique  au  sein  d'une  espèce  est  le  résultat  d'interactions  complexes  entre  la variabilité génétique et l'environnement.   ACTIVITÉS ENVISAGEABLES Analyse d'un exemple comme la drépanocytose ou la phénylcétonurie... Comparaison de la structure des protéines en relation avec l'exemple étudié. 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. Utilisation de logiciels relatifs à : ‐ la synthèse des protéines, ‐ l'exploitation d'une banque de données sur divers gènes. 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.   NOTIONS ET CONTENUS 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. 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. 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. 

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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. 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.  Du génotype au phénotype, relations avec l’environnement Du génotype au phénotype, relations avec l’environnement Cette partie du programme nécessite la maîtrise des connaissances de la classe de seconde concernant la structure de l’ADN. Un des objectifs fondamentaux de cette partie est de mettre en place les modalités élémentaires de l’expression des gènes et donc la façon dont ils interviennent dans la réalisation du phénotype. Un second objectif est de montrer la complexité des relations entre génotype et phénotype et de casser l’idée d’un déterminisme strict entre allèle et phénotype macroscopique.  La diversité des phénotypes À l’aide d’exemple(s), on identifie les différentes échelles de définition du phénotype (macroscopique, cellulaire, moléculaire). Cette étude permet de constater des différences dans les structures des protéines concernées par les phénotypes alternatifs étudiés ; les phénotypes alternatifs sont les variations d’un même caractère présentées par divers individus de la même espèce. Les liens complexes pouvant exister entre les différents niveaux de définition du phénotype sont ainsi établis. Dans ce chapitre, on s’attache à la précision du vocabulaire de manière à ne pas utiliser des expressions comme « gène d’une maladie ». L’éventuelle présentation d’un arbre généalogique permet seulement de sensibiliser au caractère héréditaire des phénotypes envisagés, mais l’analyse précise de cet arbre est exclue. On met en parallèle phénotype moléculaire et séquence nucléotidique : la notion d’allèle vue en classe de seconde est réinvestie. On souligne ainsi qu’un allèle s’exprime par la synthèse d’un polypeptide. Il est nécessaire de familiariser les élèves avec la structure primaire d’une protéine, dont dépend sa structure spatiale. La structure primaire est bien définie et l’on précise qu’il existe une vingtaine d’acides aminés. Limites (ne sont pas exigibles) – La structure secondaire (hélice alpha et feuillet bêta) des protéines*. – Les problèmes de génétique des populations : la répartition géographique de divers phénotypes*. – L’étude précise et la construction d’arbres généalogiques*. Des protéines actives dans la catalyse : les enzymes L’activité des protéines contribue à la réalisation du phénotype : l’étude des enzymes correspond à une illustration de ce fait. L’activité catalytique ainsi que la double spécificité des enzymes sont étudiées expérimentalement. L’examen de la variation de la vitesse initiale de la réaction en fonction de la concentration initiale de substrat a permis de comprendre historiquement la formation du complexe enzyme-substrat. La notion de site actif, résultant de la structure spatiale de la protéine, est précisée : on distingue site de reconnaissance, en liaison avec la spécificité de substrat, et site catalytique, en liaison avec la spécificité d’action. Les variations de l’activité enzymatique en fonction des conditions de l’environnement peuvent être à l’origine d’une certaine plasticité du phénotype. Les conditions du milieu (température, pH, etc.) peuvent modifier la structure spatiale de la protéine et l’enzyme peut devenir non fonctionnelle. Des changements de la structure primaire suite à une mutation peuvent également modifier la structure spatiale de la molécule et dans ce cas l’enzyme synthétisée peut être non fonctionnelle. Le phénotype macroscopique ou cellulaire est alors altéré. Limites (ne sont pas exigibles) – L’étude de l’allostérie. – L’étude des coenzymes. – La discussion sur les limites de la spécificité des enzymes*. – La nature des liaisons enzyme-substrat au niveau du site actif*. – Les lois de la cinétique enzymatique. La synthèse des protéines Il s’agit de mettre en place les deux grandes étapes de la synthèse : transcription et traduction. Le brin transcrit sert de matrice à la construction de l’ARN messager (ARNm), construction catalysée par l’ARN polymérase. La synthèse protéique est localisée dans le cytoplasme et décrite de manière très simple : les ribosomes sont présentés comme des outils de cette synthèse ; le codon initiateur oriente la lecture du message contenu dans l’ARNm et la traduction s’arrête au codon STOP.

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Les élèves apprennent à utiliser le code génétique. Ce code génétique est universel, non ambigu et dégénéré (le doublet initial peut être seul déterminant) ; la nature dégénérée du code a pour conséquence sa redondance. Limites (ne sont pas exigibles) – La notion de gène morcelé. – Le contrôle de la transcription. – La maturation des ARN. – La maturation et le devenir des protéines. – La notion d’ARNt*. – La structure du ribosome*. Complexité des relations entre gènes, phénotypes et environnement Un premier niveau de complexité résulte de la présence de deux allèles d’un même gène dans les cellules diploïdes. Un même gène peut exister sous la forme de nombreux allèles. Les notions de dominance et de récessivité (envisagées en troisième) peuvent être discutées ; seules les notions d’homozygotie, d’hétérozygotie, d’allèle conduisant à une protéine fonctionnelle ou non, sont nécessaires. Un second niveau de complexité résulte du fait qu’un phénotype peut dépendre de l’expression de plusieurs gènes. Pour un même phénotype macroscopique, plusieurs génotypes sont possibles. Avec un nombre limité d’exemples, on montre que le phénotype macroscopique dépend non seulement des gènes mais aussi de facteurs environnementaux ; il s’agit seulement de dresser un constat, les phénomènes explicatifs ne sont pas évoqués mais il s’agit de comprendre qu’un même génotype peut conduire à des phénotypes macroscopiques différents. On remet ainsi en question le caractère univoque du lien direct qui pourrait être encore fait entre la possession de deux allèles d’un gène et le phénotype macroscopique. Limites (ne sont pas exigibles) – Les différentes mutations*. – La restitution d’exemples*. – L’interprétation d’un arbre généalogique*. _Les modes de régulation des facteurs extérieurs sur l’expression des gènes*