Compte rendu de la réunion du mercredi 5 /11/2003. ZAP MERIGNAC -PESSAC ARCACHON TALENCE. C. Crestey- Lycée F. DAGUIN I. DOSSAR-Lycée NORD BASSIN. Thème : Utilisation des logiciels PHYLOGENE- ANAGENE-RASMOL - SISMOLOG au lycée. Les différents logiciels étaient installés dans une des salles informatiques du lycée DAGUIN. La séance s est articulée sur la présentation par les participants d exemples d utilisation déjà pratiquée devant leurs élèves : voir ci-dessous un exemple pour chacun de ces logiciels RASMOL- ANAGENE -PHYLOGENE - SISMOLOG. Sommaire : Rasmol en seconde Rasmol en Première ES Phylogène en TS Sismolog en TS
Un exemple en Seconde TP: LES CONSTITUANTS DE L'ADN Watson et Crick ont proposé, en 1953, un modèle de molécule d'adn à trois dimensions, encore accepté aujourd'hui car maintes fois vérifié. Cette recherche leur vaudra la récompense du prix Nobel en 1962. Matériel : Logiciel Rasmol qui permet d'effectuer un certain nombre d'opérations sur des représentations tridimensionnelles de molécules. La molécule d'adn est une macromolécule constituée de plusieurs molécules de nucléotides reliées entre elles. On dit que l'adn est un polymère de nucléotides. Chaque nucléotide est lui-même constitué par: 1- une molécule d'acide phosphorique ap (molécule formée d'atomes d'hydrogène, d'oxygène et d'un atome de phosphore) 2- une molécule de sucre, le désoxyribose D (molécule formée de 5 atomes de carbone, d'atomes d'oxygène et d'atomes d'hydrogène) 3- une molécule de base azotée B (molécule formée d'atomes de carbone, d'hydrogène, d'oxygène et d'azote). Il existe 4 bases azotées différentes dans la molécule d'adn (adénine, guanine, thymine, cytosine) La molécule d'adn est donc formée de 4 types de nucléotides différant par la base azotée qu'ils contiennent. ADN signifie acide désoxyribonucléique Marche à suivre: 4- Double cliquez sur Rasmenuf puis cliquez successivement sur Fichier/ouvrir/adn.pdb/OK 5-2 fenêtres s'affichent alors sur l'écran: une fenêtre de commandes et une fenêtre contenant un fragment de molécule d'adn. On passe d'une fenêtre à l'autre en cliquant dessus. 6- Ensuite sélectionnez successivement dans la fenêtre de commandes: Afficher/Boules et fils de fer puis Afficher/liaisons hydrogène. 7- Les atomes constituant la molécule d'adn apparaissent sous forme de «boules» de différentes couleurs, les liaisons covalentes solides qui les relient sous forme de traits pleins et les liaisons «hydrogène» plus fragiles sous forme de pointillés. 8- Vous pouvez faire pivoter la molécule à l'écran en cliquant avec le bouton de gauche de la souris et simultanément en glissant sur la molécule. 9- Vous pouvez «zoomer» sur une partie de la molécule en appuyant sur Majuscule (shift) et simultanément en faisant glisser la souris vers l'avant ou l'arrière tout en maintenant appuyé le bouton gauche de la souris.
10- Pour revenir aux conditions de départ: Editer/Restaurer Questions 1) D'après les couleurs combien de types d'atomes constituent la molécule d'adn? Les atomes d'hydrogène très nombreux ne sont pas représentés ici. 2) Repérez : - a. les molécules de désoxyribose D qui contiennent 5 atomes de carbone au total ( C en gris ) dont 4 dans un pentagone avec de l'oxygène ( O en rouge ). Schématisez-en une. - b. les groupements phosphates ap avec 1 atome de phosphore ( P en jaune ) et 4 d'oxygène.schématisez-en un. - c. les bases azotées B contenant entre autres des atomes d'azote ( N en bleu). Faites une représentation très simple d'un nucléotide en désignantles différents constituants par leur initiale. 3) Vérifiez l'existence de plusieurs chaînes de nucléotides en choisissant les options d'affichage suivantes: Colorer/par chaîne segment. Qu'en déduisezvous? 4) Afin de déterminer la disposition des nucléotides les uns par rapport aux autres, passez à un mode de représentation qui identifie chacun des 4 types de nucléotides par une couleur: Colorer/par type de résidu/forme des a a. puis sélectionnez: Afficher/ bâtonnets/afficher les liaisons/ok. Quel type de liaison relie les nucléotides d une même chaîne entre eux? Quels constituants des nucléotides sont impliqués? Mêmes questions pour deux nucléotides n appartenant pas à la même chaîne. Les nucléotides sont -ils reliés au hasard par les liaisons en pointillés? Le nombre de liaisons en pointillés entre les nucléotides est-il établi au hasard? 5) A partir de l'étude du tableau p 225 ex 3 (manuel BORDAS), indiquez quellesbases azotées établissent des liaisons entre elles et lient ainsi les 2 brins de la molécule d'adn. (A = adénine, T = thymine, C = cytosine, G = guanine). Sachant que le nucléotide bleu est celui de l'adénine et que le rose est celui de la guanine, que représentent le vert et le orange? 6) A partir de toutes ces informations, proposez un schéma d'un fragment d'une molécule d'adn (en négligeant l'enroulement en spirale, en ne représentant que 6 nucléotides, en représentant les 4 nucléotides de 4 couleurs différentes et en désignant leurs différents constituants par leur initiale). 7) Une molécule d'adn de 8 cm de long est contenue dans un chromosome de 5 µm de long. Comment est-ce possible?
Pour quitter le logiciel:fichier / Quitter. Pour arrêter l'ordinateur cliquer successivement (en bas à gauche de l'écran) sur: Démarrer / Arrêter / Arrêter l'ordinateur / OK N'éteignez l'ordinateur que lorsque s'affiche le message: Vous pouvez éteindre votre ordinateur en toute sécurité. Un exemple en 1 ES TP: Des relations entre gènes et protéines Exemples de la synthèse d hémoglobine normale hba, déterminant un phénotype sain, ou de la synthèse d hémoglobine anormale hbs, déterminant un phénotype drépanocytaire. Programme Bio, ouvrir Rasmenuff Vous allez pouvoir visualiser la molécule d hémoglobine. Fichier ouvrir, dans la fenêtre droite sélectionner dans C «bankmol» OK Sélectionner hem dans fenêtre droite puis hba pdb dans fenêtre gauche, OK. Sélectionner affichage ruban, largeur ruban 200. 1 / Colorez d abord par chaîne segment ; de combien de chaînes est formée la molécule d hémoglobine? 2 / Colorez ensuite par type de résidu ; comment est constituée chaque chaîne? Quittez le logiciel. Programme Bio, ouvrir Anagène 2, Anagène code 3 lettres. 3 / Dans fichier, sélectionnez : documents fournis, hémoglobine humaine drépanocytaire ; sélectionnez observation microscopique. Que constatez-vous? 4 / Sélectionnez ensuite électrophorèse Hb ; il s agit d une technique de séparation des molécules suivant leur charge.
Que montrent les résultats? 5 / Sélectionnez : fichier, banque de séquence, chaînes hémoglobine, hémoglobine?, séquence normale, beta.pro Relevez dans un tableau les acides aminés 1 à 10 du début de séquence de hba, hémoglobine normale. (voir modèle tableau en bas de page) 6 / Sélectionnez : banque de séquence, séquences mutées, drépanocytose, drep. pro. Relevez dans votre tableau les acides aminés 1 à 10 du début de la séquence de hbs, hémoglobine des individus drépanocytaires. Remarque : hba et hbs sont identiques pour la suite de leur séquence. Que remarquez-vous comme différence entre hba et hbs? 7 / Revenez à la sélection : banque de séquences, hémoglobine?, séquence normale, betacod. adn. Recopiez dans votre tableau la séquence de la portion de gène permettant la mise en place des 10 premiers acides aminés de hba. 8 / Revenez à la sélection : banque de séquences, séquences mutées, drépanocytose, drepcod. adn. Recopiez dans votre tableau la séquence de la portion de gène permettant la mise en place des 10 premiers acides aminés de hbs. Que constatez-vous comme différence entre les deux portions de gènes? 9 / Quelle relation peut-on faire entre gène et pro téine? Séquence protéine hba, chaîne? hémoglobine normale Séquence gène hba Séquence protéine hbs, chaîne? hémoglobine drépanocytaire Séquence gène hbs
Un exemple en TS TP :ETABLISSEMENT D'UN ARBRE PHYLOGENETIQUE Introduction:Les espèces actuelles et fossiles sont apparentées, plus ou moins étroitement. L'établissement des relations de parenté entre les vertébrés actuels, c est à dire de la phylogénie des vertébrés actuels, s'effectue par comparaison de caractères homologues (morphologiques, anatomiques,..). Ces comparaisons prennent en compte l'état ancestral et l'état dérivé des caractères. Seul le partage d'états dérivés des caractères témoigne d'une étroite parenté. Ces relations de parenté contribuent à construire des arbres phylogénétiques. Principe de la construction: La première étape de la construction d'une phylogénie consiste à polariser les caractères c'est-à-dire à en définir l'aspect primitif ou l'aspect dérivé. Pour trouver la polarité d'un caractère, on observe l'état du caractère au sein du groupe que l'on étudie (Homme, Oiseau et Chauve-souris) par rapport à son état dans un groupe extérieur (c'est l'extra groupe). Celui-ci est choisi de telle sorte que l'ancêtre commun à cet extra groupe et au groupe étudié est plus ancien que l'ancêtre commun au groupe étudié. C'est la Sardine qui constitue dans notre exemple l'espèce extérieure. Si un caractère est présent dans l extra groupe, ce caractère est primitif. Si un caractère est présent dans le groupe étudié et absent dans l'extra groupe, il est dérivé. Objectif : On cherche à établir les liens de parenté dans un groupe constitué de trois espèces : l'homme, le Pigeon et l Oreillard (chauve-souris). L'étude de la filiation de ces trois espèces est fondée sur la comparaison de six caractères : 1 Crâne avec ou sans mâchoires 2 Squelette avec ou sans pattes (membre chiridien des tétrapodes) 3 Tégument avec ou sans plumes 4 Avec ou sans allaitement 5 Annexes embryonnaires avec ou sans placenta 6 Squelette avec ou sans ailes Productions attendues : 1) Lancer le logiciel «phylogène», puis sélectionner successivement : fichier, ouvrir, fichier d images, ouvrir «vertebrs.phg». 2) Sélectionner les 4 espèces choisies dans comparer en cliquant sur les images correspondantes. 3) Polariser les caractères présentés (argumenter les réponses) Pour cela, utiliser vos connaissances ou rechercher des informations dans données anatomiques. 4) Produire le tableau des 6 caractères des 4 espèces :
Pour cela, dans construire, placer les noms des quatre espèces verticalement et les caractères étudiés horizontalement en les sélectionnant dans les listes proposées au bas de l écran. 5) établir la matrice des caractères indiquant pour chaque espèce si le caractère est présent ou absent. Pour cela cliquer dans la case et sélectionner votre réponse. Quand la matrice est complète, la vérifier et éventuellement la corriger. Recopier la matrice sur votre compte- rendu. 6) Exploiter la matrice : - choisir les caractères ayant un intérêt dans l'établissement des relations de parenté entre les 3 espèces du groupe étudié. Justifier le choix. - à partir de cette matrice des caractères,proposer un arbre phylogénétique illustrant les relations de parenté entre les trois espèces étudiées. Situer, comme cela est fait pour le caractère N 2, les transformations de l'état primitif à dérivé (ou si nécessaire, la perte de l état dérivé) des 6 caractères envisagés. On utilisera comme code + (ex : 2+)si la transformation correspond à une acquisition de l état dérivé et le code - (ex : 2-) si la transformation correspond à la perte de l état dérivé. Recopier l arbre terminé sur un transparent. 7) Comparer les arbres obtenus et en appliquant le principe de «parcinomie» ou «d'économie des hypothèses», choisir l'arbre le plus probable et exprimer les relations de parenté ainsi mises en évidence. Un autre exemple en TS TP: Les caractéristiques géomorphologiques des zones de convergence. L enveloppe solide la plus externe de la terre, la lithosphère, est constituée de plaques mobiles les unes par rapport aux autres sur un manteau asthénosphérique. Les mouvements peuvent être divergents, coulissants ou convergents.
Au niveau des frontières divergentes, ou dorsales, se forme la lithosphère océaniqueou accrétion. Le diamètre du globe terrestre étant constant, cette formation est compensée par un disparition. C est au niveau des zones de convergence, que la lithosphère océanique disparaît : c est la subduction. Quelles sont les caractéristiques géomorphologiques de ces zones? 1. 1.En utilisant la carte du doc 1 page 210 ( TS BORDAS), déterminez la localisation géographique des zones de convergence. Quels sont les 2 grands types de situation convergente? 2. 2.Les marges continentales au niveau desquelles sont identifiées des phénomènes de convergence sont qualifiées de «marges actives». En exploitant les possibilités du logiciel Sismolog, vous justifierez cette situation, en prenant comme exemple le cas de la marge andine. Vous présenterez vos résultats sur une carte de façon à caractériser cette région et vous préciserez le mouvement relatif des plaques lithosphériques concernées.