Articles

Mettre en relation l’expression de certains gènes et la spécialisation des cellules

Pour mettre en évidence la spécialisation cellulaire, des observations microscopiques de cellules sont associées à l’utilisation d’une banque de données en ligne sur l’expression de leurs gènes.

Auteur : David Bard

Liens avec le BO

Programme de SVT de sciences de la vie et de la Terre de seconde
BO spécial du 22 Janvier 2019

Extrait du programme « les cellules spécialisées n’expriment qu’une partie de l’ADN ».

L’objectif est d’associer des observations microscopiques de cellules avec l’utilisation d’une banque de données en ligne sur l’expression des gènes de ces cellules.

Compétences :

  • utiliser des outils et mobiliser des méthodes pour apprendre
  • pratiquer des démarches scientifiques

Capacités mises en œuvre :

  • formuler et résoudre une question ou un problème scientifique.
  • mettre en œuvre un protocole
  • communiquer dans un langage scientifiquement approprié
  • utiliser des logiciels d’acquisition, de simulation et de traitement de données

Objectif de l’activité

Début du chapitre sur « L’organisme pluricellulaire, un ensemble de cellules spécialisées ». Dans la même séquence, il s’agit de mettre en lien la spécialisation cellulaire et l’expression différentielle de l’ADN. Ceci motivera ensuite l’étude de la structure de l’ADN pour comprendre comment une information génétique est codée. Par la suite l’expression de cette information sera étudiée en 1ere spécialité.

Situation d’appel

La comparaison des caryotypes d’une cellule œuf et de plusieurs cellules spécialisées de l’organisme adulte permet de rappeler aux élèves que l’ADN est transmis de cellules en cellules lors des divisions. Ainsi une cellule œuf a le même ADN qu’une cellule spécialisée qui est pourtant différente aussi bien du point de vu de sa structure que de sa fonction.
Comment les cellules se spécialisent-elles dans une fonction particulière ?

Une discussion orale permet d’élaborer une stratégie pour répondre à la question posée :

  • nécessité de comparer plusieurs cellules différentes dans un même organisme
  • comparer leur taille, forme, rôle (et leur ADN ?)

Organisation des 2 séances de 1h30

1er temps

Réaliser une préparation et observer des cellules musculaires puis en faire un dessin.
Ceci permet d’évaluer la qualité de la préparation microscopique, le réglage du microscope et le dessin.
Rechercher le rôle des 3 cellules présentées dans un tableau à compléter.

2ème temps

Observer d’autres cellules (dans cet exemple cellules sanguines et nerveuses) et en faire une photographie à intégrer au tableau de comparaison.
Utiliser le site THE HUMAN PROTEIN ATLAS pour identifier le niveau d’expression des gènes indiqués.

Mise en commun, correction du tableau

3ème temps

Rédiger un texte pour montrer que les cellules spécialisées n’expriment qu’une partie de leur information génétique.

Mise en commun, correction de la démarche explicative

Rédaction d’un bilan

Matériel

Microscope optique, frottis sanguin, préparation microscopique de neurones, blanc de dinde frais, bleu de méthylène, lames, lamelles, aiguille montée, ordinateur avec interne, Fiche Technique HUMAN PROTEIN ATLAS.
4 gènes étudiés : on rappelle qu’un gène est une portion de l’ADN qui porte une information déterminant un caractère.

  1. HBA1 : gène à l’origine de l’hémoglobine qui permet de fixer le dioxygène
  2. MyH8 : gène à l’origine de la myosine qui permet des déplacements intra- cellulaires
  3. DRD2 : gène à l’origine du récepteur à la Dopamine qui permet de fixer les neurotransmetteurs
  4. IL18BP : gène à l’origine d’une interleukine responsable de la communication entre les globules blancs

Réponses attendues

En vert les réponses attendues des élèves

Tissus et organes

 Caractéristiques

Moelle osseuse et système immunitaire : les cellules sanguines

Cerveau

Muscle

 Dessin ou photographie des cellules spécialisées :

Titre, légendes et taille


 Globule banc 7 à 20 µm

Hématie 7 µm


 Neurone, corps cellulaire, fibres nerveuses

5 à 120 µm


 Cellule musculaire, stries 100 µm

 Niveau d’expression du gène (nul, faible, moyen, fort)

Hématie

Globule blanc

HBA1 (Hémoglobine) : nul

IL18BP (Interleukine) : nul

MyH8 (Myosine) : nul

 DRD2 (Récepteur de la dopamine) : moyen

HBA1 (Hémoglobine) : nul

 IL18BP (Interleukine) : nul

 MyH8 (Myosine) : fort

DRD2 (Récepteur de la dopamine) : nul

HBA1 (Hémoglobine) : fort

IL18BP (Interleukine) : nul

MyH8 (Myosine) : moyen

DRD2 (Récepteur de la dopamine) : nul

HBA1 (Hémoglobine) : nul

IL18BP (Interleukine) : moyen

MyH8 (Myosine) : moyen

DRD2 (Récepteur de la dopamine) : nul

Rôle de la cellule spécialisée

 

 Hématie : transporter du dioxygène

 Globules blancs : protection de l’organisme

Neurone : communication nerveuse à distance

 Cellule musculaire : raccourcissement pour la contraction musculaire

1er exemple de réponse attendue : l’élève part des observations ligne après ligne puis fait une mise en relation

  • l’observation de différentes cellules montre qu’elles ne se ressemblent pas, elles ont des tailles et des formes différentes (exemple hématie ronde, neurone allongé).
  • de plus, des gènes sont plus ou moins exprimés dans les cellules. Ex le gène de l’hémoglobine n’est exprimé que par les hématies, alors que celui de la myosine est très exprimé dans la cellule musculaire et moyennement dans l’hématie.
  • donc le fonctionnement d’une cellule dépend de l’expression de certains gènes. Ex : l’hématie exprime le gène de l’hémoglobine lui permettant de fixer et transporter le dioxygène.

2ème exemple de réponse attendue : l’élève fait directement une mise en relation en partant d’une colonne et d’un exemple

  • on observe que les différentes cellules n’ont pas le même aspect et pas le même rôle. De plus, elles n’ont pas les mêmes gènes exprimés.
  • exemple : l’hématie exprime fortement le gène à l’origine de l’hémoglobine ce qui lui permet de transporter le dioxygène, alors que le neurone ne l’exprime pas. En revanche, le neurone exprime le gène permettant d’obtenir un récepteur à la dopamine, utile pour communication nerveuse.
  • donc, il semblerait que le fonctionnement d’une cellule (sa spécialisation) dépend des gènes qui sont exprimés ou pas.

Documents à télécharger

Activité_Cellules_spécialisées.docx
Fiche Technique HUMAN PROTEIN ATLAS

Haut de page