chapitre 3

InformatIon génétIque et dIvIsIon cellulaIre

● L’étude de la division cellulaire est abordée pour découvrir comment est transmise et conservée l’information génétique portée par les chromosomes. C’est l’analyse de l’évolution de l’ADN qui en est  le révélateur. La connaissance simple des mécanismes de la division cellulaire dans la transmission de l’information génétique de cellule à cellule est indispensable pour comprendre le lien entre cancer et multiplication anarchique des cellules qui le constituent.● Les documents présentés en ouverture de ce chapitre sont des indices et des bases pour engager un dialogue avec les élèves sur l’importance biologique de la division cellulaire et sur les risques d’une perturbation de ce phénomène.

chapitre 3 Information génétique et division cellulaire – �

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l e p r o g r a m m e o f f I c I e lLe programme présente les références au socle commun de connaissances et de compétences en caractères droits. Le reste du programme est en italique.

Connaissances Capacités déclinées  dans une situation d’apprentissage

Exemples d’activités

Les cellules de l’organisme, à l’exception des cellules reproductrices, possèdent la même information génétique que la cellule-œuf dont elles proviennnent par divisions successives.

La division d’une cellule :— est préparée par la copie de chacun de ses 46 chromosomes ;— se caractérise par la séparation des chromosomes obtenus, chacune des deux cellules formées recevant 23 chromosomes identiques à ceux de la cellule initiale.

Le cancer est le résultat d’une prolifération incontrôlée de cellules.

Observer, questionner, formuler et valider des hypothèses afin d’établir le mécanisme permettant la conservation de l’information génétique au cours des divisions cellulaires.

Exploiter un graphique, un vidéogramme afin d’identifier les étapes de la division d’une cellule. [Compétence 5]Exprimer les résulats d’une recherche :réaliser un schéma représentant la répartition des chromosomes lors des divisions cellulaires.

Étude de documents sur le maintien du nombre de chromosomes et de l’information génétique lors d’une divison cellulaire.Observation de vidéogrammes, afin de suivre le devenir des chromosomes pendant la divison cellulaire.Comparaison du caryotype de la cellule-œuf à celui des autres cellules qui en sont issues.Manipulation de maquettes permettant de rendre compte  du devenir des chromosomes lors de la mitose.Étude de l’évoluton de la quantité d’ADN au cours de la division cellulaire.

l e s t h è m e s d e c o n v e r g e n c eCe chapitre peut être intégré au thème de convergence « Santé » pour viser l’objectif éducatif :  « Réduction des comportements à risques liés à l’environnement et aux rythmes de vie ».En lien avec un point de la partie « responsabilité humaine en matière de santé », les élèves auront la possibilité de compléter voire d’approfondir les connaissances et la réflexion sur les risques encourus lors d’une exposition prolongée au soleil.

q u e d o I v e n t s a v o I r l e s é l è v e s a v a n t d ’ a b o r d e r c e c h a p I t r e ?En quatrième, la notion de division cellulaire est abordée pour justifier le développement d’un embryon à partir d’une cellule-œuf. La connaissance est déduite de l’observation de premiers stades du développement embryonnaire. Le rappel de cet acquis est important et il est à croiser avec les informations qui peuvent émerger de l’analyse de l’image du fœtus.Cette année, dans les chapitres précédents, les élèves ont découvert les chromosomes et leur constituant – l’ADN –, leur fonction dans l’hérédité des caractères et leur rôle de support de l’information génétique.  Ces connaissances sont essentielles pour la progression dans ce chapitre.

l a p r o g r e s s I o n d a n s l e c h a p I t r eLes auteurs ont eu pour objectif de mettre en place une démarche d’investigation pour que l’élève  découvre le sens biologique de la division cellulaire (activités 1 et 2). L’activité 3 est caractérisée par un apport de connaissances scientifiques sur le cancer qui complètent les acquis des deux premières activités.

● Introduction + Activité 1 : s’informer/découvrir (50 minutes)La première activité est précédée d’un dialogue qui peut être engagé à partir des documents des pages 44 et 45.L’activité 1 est une activité de prise d’informations. Les élèves peuvent être conduits à s’interroger sur la conservation du nombre des chromosomes au cours de la division cellulaire.

● Activité 2 : raisonner et construire une notion (50 minutes)L’activité permet de construire la notion de conservation de l’information génétique au cours de la division cellulaire. Il s’agit ici de mettre en parallèle le comportement des chromosomes et l’évolution de  la quantité d’ADN au cours de la division cellulaire.Les auteurs ont choisi de faire apparaître sur le graphe (doc e) la quantité d’ADN de la cellule  d’origine et celle de chacune des deux cellules issues de la division cellulaire. Il est important  d’accompagner les élèves dans la lecture de ce graphe inédit.

● Activité 3 : s’informer scientifiquement (50 minutes)L’activité est construite autour de textes et schémas sur le cancer. Les contenus scientifiques ont  été adaptés pour être lus par un élève de 3e qui doit s’approprier les informations. L’objectif est double : éducation à la santé et préparation de la partie « responsabilité humaine en matière de santé et d’environnement ».

l ’ a t e l I e r b � iCette activité permet à l’élève de construire ou de renforcer :● une compétence informatique : « créer, produire, traiter, exploiter des données (C.3) ». ● une compétence liée au programme de SVt : « Établir un lien entre variation de la quantité d’ADN et évolution des chromosomes au cours de la division cellulaire. »L’élève doit produire une représentation graphique illustrée de la variation de la quantité d’ADN  par cellule en fonction du temps et de l’évolution de l’aspect des chromosomes.

Le site : www.disiersvt.com/3/b2i/03.html propose les ressources pour réaliser cette production  que l’élève pourra évaluer en se référant au document de positionnement « élève » du BO du  16 novembre 2006.

chapitre 3 Information génétique et division cellulaire – 3

activité 1   l’information génétique des cellules d’un être humain

Objectifs visésCette activité a pour objectif de permettre aux élèves de démontrer que toutes les cellules de l’organisme, malgré leurs différences, possèdent la même information géné-tique, entre elles et par  rapport à  la  cellule-œuf, dont elles  proviennent  par  divisions  successives,  exception faite des cellules reproductrices.

Connaissances construitesLes  cellules  de  l’organisme,  à  l’exception  des  cellules reproductrices, possèdent la même information génétique que  la cellule-œuf dont elles proviennent par divisions successives.

Dans  le cadre du  socle commun des connaissances et des compétences, cette activité contribue à la connais-sance des caractéristiques du vivant.

Les capacités et les compétences déclinées au cours de cette activité● Comparer  le  caryotype de  la  cellule-œuf  à  celui des autres cellules qui en sont issues (documents a à g).● Comparer le caryotype de cellules somatiques à celui de cellules reproductrices (documents e et h).

Dans  le cadre du  socle commun des connaissances et des compétences, cette activité contribue à mettre en œuvre  la  capacité de pratiquer  une démarche  scienti-fique, notamment savoir observer, questionner, ici, des documents photographiques, puis d’argumenter, en les mettant en relation, afin d’atteindre les objectifs visés.

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• Réponses aux questions posées1 : Dans le noyau des cellules humaines, de la cellule-œuf aux cellules de l’adulte, le nombre de chromosomes est de 46.

2 : Dans le noyau des cellules reproductrices, seuls 23 chromosomes sont observables.

3 : « Toutes les cellules de l’organisme, exceptées les cellules reproductrices, possèdent la même information génétique ».

En effet, les chromosomes étant le support de l’information génétique, toutes les cellules de l’organisme qui possèdent le même nombre de chromosomes (46) possèdent donc la même information génétique. En revanche, les cellules reproductrices ne possédant que 23 chromosomes, elles font exception : elles ne contiennent pas la même information génétique que les autres cellules de l’organisme.

Matériel et mise en œuvreLes documents de cette activité, uniquement de nature photographique, doivent être envisagés, pour faire sens, après un rappel de notions acquises préalablement : – en quatrième : les cellules de l’organisme proviennent de la cellule-œuf par divisions successives.– dans le chapitre 2 du manuel : les chromosomes pré-sents  dans  le  noyau  sont  le  support  de  l’information génétique.

Ces  documents  constituent  deux  blocs  qu’il  convient d’opposer afin d’atteindre les objectifs visés. La mise en relation des documents est fondée sur la présence de flè-ches de couleur verte dont la signification reste la même dans  ces  deux  blocs :  les  chromosomes  observés  sont contenus dans le noyau de chaque cellule ainsi pointée dans chaque photographie.

Le premier bloc correspond aux documents a à g, de la cellule-œuf aux cellules de l’adulte qui, tout en illus-trant le prérequis vu en quatrième permet d’établir que toutes  les  cellules  somatiques d’un organisme humain possèdent 46 chromosomes (question 1) ce qui signifie, d’après le second prérequis, qu’elles possèdent toutes la même information génétique (question 3).Le  second bloc,  constitué du  seul  document  h,  ne  se rapporte  qu’aux  cellules  reproductrices :  il  permet  de montrer  qu’elles  ne  possèdent  que  23  chromosomes (question  2)  et  donc,  par  opposition  avec  le  premier bloc, qu’elles ne contiennent pas la même information génétique que les autres cellules de l’organisme (ques-tion 3).

Ressources (bibliomédiagraphie)Des ouvrages généraux pour le professeurBruce Alberts (Sous la direction de), Biologie moléculaire de la cellule, Flammarion Médecine-Sciences, 2004

Des ouvrages généraux pour les élèves (pour le cDi)Sciences et Vie Junior, n° 70, octobre 2007

Des sites internetDossier SagaScience – Cellule / CNRS : www.cnrs.fr/cw/dossiers/doscel/accueil2.htm

Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom.

activité 2   la transmission de l’information génétique de cellules en cellules

Objectifs visésCette  activité  a  pour  objectif  de  montrer  comment  l’information  génétique  est  conservée  à  l’identique de cellules en cellules au cours des divisions cellulaires  successives  depuis  la  cellule-œuf  aux  cellules  de l’adulte.

Connaissances construitesLa division d’une cellule : – est préparée par  la copie de chacun de ses 46 chro-mosomes ;– se  caractérise  par  la  séparation  des  chromosomes obtenus,  chacune  des  deux  cellules  formées  recevant 23 paires  de  chromosomes  identiques  à  ceux  de  la  cellule initiale.

Dans le cadre du socle commun des connaissances et des compétences, cette activité contribue à la connaissance des caractéristiques du vivant notamment les modalités du développement et du fonctionnement des organis-mes vivants, ici, à l’échelle cellulaire.

Les capacités et les compétences déclinées au cours de cette activité● Exploiter  des  documents  (textes,  photographies,  schémas  d’interprétation)  sur  le  maintien  du  nombre  de  chromosomes  et  de  l’information  génétique  lors d’une  division  cellulaire  afin  d’en  identifier  les  étapes (documents a à d).● Interpréter une représentation graphique de l’évolution de  la quantité d’ADN au cours de  la division cellulaire (documents e et f).● Exploiter  un  vidéogramme  afin  de  suivre  le  devenir des chromosomes pendant la division cellulaire et d’en identifier les étapes.

Dans  le cadre du  socle commun des connaissances et des compétences, cette activité contribue à mettre en œuvre la capacité d’exploiter et d’exprimer les résultats d’une  recherche  ou  d’une  mesure  et  de  pratiquer  la démarche scientifique notamment observer, questionner, formuler  une  hypothèse  et  la  valider  afin  d’établir  le mécanisme permettant la conservation de l’information génétique au cours des divisions cellulaires.

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• Réponses aux questions posées1 : Chaque chromosome simple est copié avant la division cellulaire et forme un chromosome double. Ainsi, le nombre de chromosomes dans les deux cellules formées par division est conservé.

2 : Les documents e et f valident notre hypothèse : ils montrent comment, avant la division cellulaire, l’ADN des chromosomes est copié ce qui produit, à partir de chromosomes simples non pelotonnés, des chromosomes doubles.« Au cours de la division cellulaire, la quantité d’ADN est réduite de moitié dans chaque cellule mais le nombre de chromosomes ne varie pas ». On constate, en effet, sur le graphique (doc e) que la quantité d’ADN est multipliée par deux avant la division cellulaire, quantité double ensuite réduite

de moitié par la division cellulaire. En revanche, le nombre de chromosomes, lui, ne double pas, la copie de leur ADN produisant des chromosomes doubles et non, jusqu’à la division cellulaire, deux chromosomes distincts.

3 : L’information génétique est conservée lorsque les cellules se divisent, car la division d’une cellule est préparée par la copie de chacun de ses 46 chromosomes et se caractérise par la séparation des deux filaments de chaque chromosome double, chaque cellule formée recevant 23 paires de chromosomes simples identiques à ceux de la cellule initiale.

Matériel et mise en œuvreLes supports de natures variées (textes, photographies, schémas d’interprétation, graphique) de cette activité sont à mettre en œuvre à partir des conclusions de l’activité 1 selon  lesquelles toutes  les cellules provenant de  la cellule- œuf par divisions successives possèdent le nombre inva-riable de 46  chromosomes  signant  la  conservation de l’information génétique de cellules en cellules. Il convient aussi de rappeler que chaque chromosome est constitué d’ADN, notion acquise au chapitre 1 du manuel.Les documents a à d constituent le « film » d’une mitose,  ils  contextualisent  les  connaissances  à  construire  et  peuvent  être  complétés  par  un  vidéogramme  sur  la  division cellulaire (voir ressources). Ils permettent aussi, par  déduction,  de  formuler  l’hypothèse  sur  la  copie des chromosomes, préalable à la division (question 1) : l’élève peut observer et comprendre qu’en fin de divi-sion  les  cellules  formées  possèdent  le  même  nombre de  chromosomes  que  la  cellule  initiale.  Chacun  des chromosomes n’est formé que d’un seul filament alors qu’avant la division, la cellule initiale possède des chro-mosomes doubles. Les cellules formées étant amenées à se diviser à leur tour, elles deviennent les cellules initiales d’un nouveau cycle, chacun des chromosomes est copié avant la mitose et forme un chromosome double.

Le document e rend compte de l’évolution de la quan-tité d’ADN dans une cellule au cours du temps sous la forme d’un graphique en trois dimensions présentant, après la division, non pas une mais deux quantités uni-taires d’ADN correspondant aux deux cellules issues de la  division.  Ce  graphique  est  mis  en  relation  avec  les différents aspects des chromosomes au cours d’un cycle cellulaire, observables dans la frise située sous le graphique calée par  rapport au  temps du graphique :  chromosome simple non pelotonné, chromosome non pelotonné en cours  de  duplication  dont  la  réalité  est  avérée  par  les électronographies du document f, chromosome double  non  pelotonné  puis  pelotonné,  séparation  des  chro-matides… La division cellulaire est symbolisée, dans  le  graphique, par le parallélépipède de couleur rose, couleur encadrant les quatre schémas d’interprétation des docu-ments a à d,  reproduits au-dessus du graphique, ainsi situés dans le cycle cellulaire présenté.Ce  faisceau  d’informations  permet  de  valider  l’hypo-thèse de la copie de l’ADN des chromosomes et d’établir les caractéristiques de la mitose (questions 2 et 3).

L’activité  proposée  dans  l’atelier  B2i  donne  la  possibi-lité aux élèves de produire un document similaire qu’ils pourront conserver.

Ressources (bibliomédiagraphie)voir page 5

Un vidéogrammeJean-Noël Cloarec, Jean-Claude Proust, André Videaud, La mitose, une copie conforme de l’information, Jeulin

Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom.

activité 3   le cancer, un dérèglement de la division cellulaire

Objectifs visésCette  activité  a  pour  objectif  d’expliciter  le  lien  entre division cellulaire et cancer : une tumeur est une masse cellulaire dans  laquelle  les cellules se divisent de façon incontrôlée et, au-delà, de présenter les facteurs à l’ori-gine d’un cancer.

Connaissances construitesLe cancer est le résultat d’une prolifération incontrôlée de cellules.

Dans  le cadre du  socle commun des connaissances et des compétences, cette activité contribue aux connais-sances relatives à l’éducation à la santé et à la sécurité mais aussi à la maîtrise des connaissances sur l’Homme et notamment le fonctionnement du corps humain.

Les capacités et les compétences déclinées au cours de cette activité

● Exploiter des documents (textes scientifiques, schémas) afin d’expliquer comment apparaît et se développe un cancer.

Dans  le cadre du  socle commun des connaissances et des  compétences,  cette  activité  contribue  à mettre  en œuvre les capacités suivantes : dégager l’idée essentielle d’un texte lu, comprendre qu’un effet peut avoir plusieurs causes,  mobiliser  ses  connaissances  en  situation,  par exemple comprendre le fonctionnement de son propre corps.

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Les documents du manuel sont à projeter à partir du CD-Rom.

• Réponses aux questions posées1 : Le développement d’un cancer : des gènes dont la fonction est de contrôler la division cellulaire sont, tout d’abord, altérés et ne remplissent plus leur rôle, les cellules porteuses de ces gènes se divisent alors plus rapidement que les autres et forment une tumeur. Certaines cellules cancéreuses envahissent les tissus situés sous la tumeur et les détruisent ou rejoignent la circulation sanguine et se disséminent dans d’autres organes dans lesquels elles développent des tumeurs secondaires ou métastases. Le cancer peut alors se généraliser et son issue être fatale.

2 : Les facteurs à l’origine d’un cancer : l’ADN des gènes contrôlant les divisions cellulaires peut être altéré spontanément notamment avec l’âge ou par des facteurs tels que des radiations (UV), le mode de vie (alcool, tabac, alimentation), des virus (papillomavirus), l’hérédité, des substances chimiques.

3 : Un cancer apparaît spontanément ou sous l’effet de facteurs externes ou internes à l’organisme et correspond à une prolifération incontrôlée de cellule.

Matériel et mise en œuvreLes  textes  de  cette  double  page  sont  rédigés  d’après les  brochures  médicales  téléchargeables  de  l’ARC, Association pour la Recherche sur le Cancer. Ces textes sont illustrés de schémas favorisant leur compréhension et  donc  l’autonomie  des  élèves  dans  leur  exploitation afin d’expliquer comment apparaît et se développe un cancer.

Ressources (bibliomédiagraphie)voir page 5

Des sites internetwww.arc.asso.fr, www.ligue-cancer.net, www.e-cancer.fr (institut national du cancer).

exercices

je vérifie mes connaissances

j’applique mes connaissances• exercice guidé 5 le premier chat cloné

1 Les étapes du clonage de Rainbow : – étape 1 : prélèvement d’une cellule de tissu ovarien de Rainbow.– étape 2 : prélèvement d’un ovule non fécondé de chatte duquel on détruit le noyau.– étape 3 : transfert du noyau de cellule de tissu ovarien dans l’ovule sans noyau.– étape 4 : obtention d’un embryon du clone.– étape 5 : implantation de l’embryon du clone dans l’utérus d’une chatte porteuse.– étape 6 : naissance, après 60 jours, de Carbon copy.2 « Cc est génétiquement identique à Rainbow » car ce chaton a été obtenu à partir du noyau d’une cellule de Rainbow, noyau comportant la totalité de son information génétique.3 Le résultat aurait été le même avec une autre cellule de Rainbow car toutes les cellules d’un organisme possèdent la même information génétique (hormis les cellules reproductrices) contenue dans leur noyau.

� vrais jumeaux, faux jumeaux

1 Les vrais jumeaux sont issus d’une seule cellule-œuf, les faux jumeaux de deux cellules-œufs.2 « Les vrais jumeaux sont génétiquement identiques »  car ils sont formés à partir de la même cellule-œuf donc de la même information génétique contenue dans son noyau.3 Les faux jumeaux peuvent être fille et garçon car ils sont issus de deux cellules-œufs différentes résultant de deux fécondations simultanées : une cellule-œuf peut alors comporter l’information génétique donnant une fille, l’autre un garçon.

� qcm

1 b et c ; 2 a et c ; 3 a ; 4 b et c.

� vocabulaire et rédaction

a Toutes les cellules de l’organisme, hormis les cellules reproductrices, possèdent la même information génétique que la cellule-œuf (dont elles dérivent).b La copie de chacun des 46 chromosomes prépare la division cellulaire qui s’accompagne de la séparation des deux filaments de chacun des 46 chromosomes.c Le cancer correspond à une prolifération incontrôlée de cellules.

3 définitions

a 1 ; b 2.

� un dessin d’observationmembraneplasmique

cytoplasme20 µm

chromosomes

�0

7 cloner les vaches

1 Les étapes du clonage qui ont conduit à Marguerite : – étape 1 : prélèvement de cellules de tissu musculaire sur un fœtus de vache.– étape 2 : prélèvement d’ovules non fécondés de vache desquels on détruit le noyau.– étape 3 : transfert des cellules de tissu musculaire au contact de la membrane des ovules sans noyau.– étape 4 : obtention d’embryons de clones grâce à un choc électrique assurant la fusion des membranes des cellules musculaires et des ovules.– étape 5 : implantation, après 7 jours de culture, des embryons de clones dans l’utérus de vaches porteuses.– étape 6 : naissance de Marguerite le 20/02/1998.2 Marguerite possède la totalité de l’information génétique du fœtus cloné, car elle a été obtenue à partir d’un noyau d’une cellule musculaire de ce fœtus, noyau comportant la totalité de son information génétique.

� divisions cellulaires dans les racines de jacinthe

1 

   Photo a  Photo b2 Sur la photo a chaque chromosome apparaît constitué de deux filaments formant un chromosome double.Sur la photo b les deux filaments de chaque chromosome double se séparent et migrent à l’opposé l’un de l’autre dans la cellule formant deux lots identiques  de chromosomes simples.3 La cellule se divise, les deux cellules formées possédant des chromosomes identiques à ceux de la cellule initiale.

9 quantité d’adn et division cellulaire

Quantité d’ADN dans une cellule en fonction du temps

00

0,5

1

1,5

2

2,5

5 10 15

temps (en heures)

quantité d’ADN(en unités arbitraires)

20 25 30

chapitre 3 Information génétique et division cellulaire – ��

exercices

��

�0 dépister un mélanome

1 Les cinq changements d’aspect des grains de beauté pouvant signifier la survenue d’un mélanome :     A : la forme devient asymétrique    B : les bords deviennent irréguliers    C : la couleur devient multiple    D : la dimension dépasse les 5 mm    E : le changement d’aspect est rapide.2 Le cancer correspond à une prolifération non contrôlée de cellules, les cellules au niveau du mélanome se multiplient de façon anarchique et ainsi, les bords du grain de beauté deviennent irréguliers.

�� le cancer du sein

1 Les principaux facteurs de risque de développement d’un cancer du sein sont l’âge (« Les deux tiers des cancers du sein se développent chez des femmes de plus de 50 ans »), les anomalies génétiques (« Grâce aux recherches en génétique, il a été possible de dépister des anomalies particulières qui prédisposent fortement au cancer du sein qui survient chez les femmes jeunes ») et les antécédents familiaux (« Une femme dont la mère ou la sœur a déjà eu un cancer du sein risque deux fois plus que les autres femmes de développer la maladie »).2 Une femme doit être particulièrement vigilante pour prévenir le développement d’un éventuel cancer du sein à partir de 40 ans (« Après 40 ans, les statistiques nous apprennent que le risque d’avoir un cancer du sein se multiplie une fois et demie tous les dix ans »).3 Les précautions ou examens simples à réaliser pour prévenir un cancer du sein : autopalpation des seins, palpation par le médecin et mammographie tous les un ou deux ans selon les facteurs de risque.