Portfolio du DocSciences 8

Cette page est un aperçu du portfolio de DocSciences n°8.

Équipe pédagogique :

• Sciences physiques : Véronique Dejean
• Sciences de la vie et de la Terre : Anne Bonafin, Annie Jaffredo

Plus près de la molécule

Manipulation virtuelle d’une molécule à l’intérieur d’une protéine (© Inria/Lebedinsky C.)

Les protéines sont des macromolécules dont les fonctions sont très variées et dépendent principalement de leur structure. Elles assurent la formation des tissus, le transport des molécules, la défense de l’organisme, etc. En examinant la forme des molécules, on comprend la complexité d’envisager comment deux molécules peuvent ou non interagir. En effet, les atomes peuvent mettre en commun des électrons en formant une liaison dite « covalente » : c’est ainsi que se forme une molécule. Mais chaque atome a une capacité plus ou moins grande à attirer à lui les électrons : par exemple la molécule d’eau, non linéaire, présente un faible déséquilibre des charges électriques, légèrement négatives sur l’oxygène, et légèrement positives sur les deux atomes d’hydrogène.Une telle molécule est dite « polaire » : elle attire à elle d’autres molécules polaires, ensemble elles peuvent former une liaison « hydrogène » (dix fois plus fragile que la liaison covalente). Il est donc primordial de modéliser les protéines et les molécules que l’on souhaite implanter. Sur cette photo, une petite molécule est manipulée dans la cavité d’une protéine afin de trouver sa position optimale grâce à un bras à retour d’effort : l’utilisateur manie la molécule à l’intérieur de la protéine et reçoit une information (par exemple lorsqu’une liaison hydrogène s’établit). Les applications sont multiples : trouver des médicaments, utiliser des hormones de croissance chez les animaux ou les végétaux, comprendre le système de reconnaissance d’une protéine avec son environnement, déformer la protéine pour qu’elle ne soit pas attaquée par un virus ou pour y faire pénétrer une molécule, etc.

Dans les programmes

Sciences de la vie et de la Terre

Collège

• Risque infectieux et protection de l’organisme
  Après contamination, les microorganimes se multiplient au sein de l’organisme : c’est l’infection.

Lycée

• Membrane, hormone, génome, protéine, diabète
• Virus, sida, immunologie
• TPE : Modèles, modélisation
• TPE : Avancées scientifiques et réalisations techniques

Physique

Collège

• Une description moléculaire pour comprendre
  Percevoir la différence entre réalité et simulation.

Lycée

• La liaison covalente
• Géométrie de la molécule
• Caractère dipolaire d’une molécule
• Solvatation des ions
• Acide aminé
• Liaison peptidique

Cellules à division rapide

Coupe longitudinale qui traverse un jeune apex (© DR)

Cette photo est une coupe longitudinale de l’extrémité, ou apex, d’une jeune plantule d’Arabidopsis thaliana ou arabette des dames. Elle est réalisée à l’aide d’un microscope optique confocal basé sur la microscopie à fluorescence utilisant un laser.On distingue unméristème (zone encerclée) avec de part et d’autre deux jeunes feuilles. Toutes les structures quelles qu’elles soient sont composées de très nombreuses cellules.Une cellule est constituée d’une paroi entourant un cytoplasme, coloré ici en vert, contenant divers organites dont le noyau est coloré en rouge. Les méristèmes situés aux extrémités d’un végétal assurent la croissance. Ils sont constitués de petites cellules plutôt carrées capables tout au long de leur vie de se diviser par un phénomène cellulaire particulier, la mitose. Ce processus reposant sur la duplication de la molécule d’ADN contenue dans le noyau entraîne l’augmentation du nombre de cellules qui sont toutes identiques entre elles d’un point de vue génétique. Certaines serviront àmaintenir le nombre de cellules dans leméristème tandis que d’autres vont s’en éloigner, se différencier en s’allongeant et en se spécialisant en fonction de leur position dans le végétal, pour générer des organes et des tissus. Lors de l’organogenèse (formation et développement des différents organes), seule la partie du génome correspondant à l’organemis en place s’exprime,mais son expression est sous la dépendance de nombreux facteurs internes (hormonaux…) et environnementaux (lumière…).

Dans les programmes

Sciences de la vie et de la Terre

Cycle 3

• L’unité et la diversité du vivant
• Le fonctionnement du vivant Les stades de développement d’un être vivant.
  Les conditions de développement des végétaux.

Collège

• Au niveau microscopique, les organismes vivants sont constitués de cellules
• La cellule est l’unité d’organisation des êtres vivants
• La cellule possède un noyau, une membrane, du cytoplasme

Lycée

• La morphogenèse associe la division et la croissance cellulaire au niveau de territoires spécialisés
• La mitose est un processus commun aux cellules eucaryotes
  Les structures cellulaires se modifient lors de la mitose.
  Chaque cellule fille issue de la mitose contient le même patrimoine génétique que la cellule initiale.