Modélisation du métabolisme des levures avec Scratch

Mis en avant

Par Sébastien Gruszka

Objectifs :

Ce projet a été réalisé dans le cadre des Traams 2019 de l’académie de Nice “Modélisation et codage en SVT”.

L’objectif est de faire un lien entre les enseignements d’ICN (ou technologie en collège) et de SVT, en faisant coder (en scratch) aux élèves d’ICN un programme modélisant le métabolisme des levures  de l’équipement spécialisé dont les enzymes. Il est possible de prolonger cette activité en illustrant le contrôle du métabolisme  par des conditions de milieu  comme la température (notions abordées dans l’ancien programme de  SVT ).

Les élèves doivent élaborer un programme qui  modélise les réactions métaboliques qui se produisent dans le bio réacteur afin d’aider la compréhension des résultats expérimentaux obtenus par EXAO.

Scratch , logiciel connu des élèves depuis  le collège,  présente l’avantage de programmer sans avoir de problème de syntaxe, tout en permettant d’aborder les notions de conditions, boucles, variables essentielles à l’élaboration du projet.

Présentation du programme :

  • L’écran d’accueil présente les différents “agents”  utilisés dans le modèle O2, CO2, , éthanol, glucose et levure qui sont représentés par des boules de différentes couleurs.
  • Début du programme (en cliquant sur le bioréacteur) : choix des différents paramètres pour rendre le modèle interactif et modifiable (quantité de molécule,  levure mutée et éventuellement effet de la température ).
  • Le programme se lance et on observe la levure, l’O2 et le CO2 qui se déplacent : pas de réaction si levures sans glucose.
  • Ajout de glucose en cliquant sur la seringue.
  • Si la levure touche O2 (jaune) et glucose (vert) elle produit du CO2 (violet)
    et l’O2 et le glucose disparaissent = respiration.
  • Quand la levure n’a pas respiré depuis 10 secondes (il ne reste plus beaucoup d’O2) la levure commence la fermentation = si la levure touche glucose (vert)
    elle produit du CO2 (violet) et de l’éthanol (noir).
  • Afin de vérifier que le modèle est en adéquation avec les résultats obtenus par EXAO, on peut récupérer l’évolution des paramètres mesurés qui sont enregistrés dans des listes afin de tracer un graphique à l’aide d’un tableur (voir vidéo).
  • Si la levure sélectionnée est mutée, elle ne consomme pas l’O2 donc elle ne réalise que la fermentation : Le métabolisme dépend de l’équipement spécialisé de chaque cellule (organites, macromolécules dont les enzymes).
  • Si la température sélectionnée est inférieure à 20°C, la vitesse de déplacement des lutins est plus faible donc les réactions sont plus lentes : influence du l’environnement sur le métabolisme (ancien programme).

Résultats obtenus

Ci-dessous, présentation vidéo du projet :

 

Proposition pédagogique : Faire coder le programme aux élèves avec scratch

  • Présentation du projet en utilisant le padlet (sans les consignes)
  • Avant de commencer à programmer, donner le projet à compléter ainsi que quelques questions préparant la programmation.
  • Au cours des séances suivantes les élèves codent pas à pas (ajout des consignes au fur et à mesure sur le padlet).
  • Les notions de programmation indispensables pour réaliser ce projet et qui doivent avoir été abordées avant sont :
    • Variables (évolution O2, CO2, Ethanol, glucose, temps, durée de déplacement…​)
    • Utilisation de la fonction clonage
    • Conditions (si, si sinon…)
    • Communication entres lutins (messages)
    • Réaliser un questionnaire

L’enseignement d’ICN sera remplacé à la rentrée 2019 par la discipline SNT qui n’a pas les même objectifs.Il sera difficile de réaliser ce projet car le langage de programmation est imposé (Python) et la place de la programmation est bien moindre.

Il sera cependant possible d’adapter la démarche dans le cadre d’un projet d’élève en NSI (première ou terminale) codé en Python (exemple) ou dans le cadre des EPI (SVT Technologie Mathématiques) en cycle 4,  classe de 3ème.

Proposition pédagogique : Utiliser le programme réalisé par les élèves en TP de SVT

L’utilisation du programme peut être réalisée par d’autres élèves dans un TP de SVT mais ne remplace en rien l’étude du métabolisme des levures par EXAO. Ce programme est élaboré pour aider à la compréhension des résultats expérimentaux pas pour les remplacer.

L’utilisation de cette modélisation ne peut donc pas être placée au le début d’une démarche pédagogique.

Connaissances  :

Pour assurer les besoins fonctionnels d’une cellule, de nombreuses transformations biochimiques s’y déroulent : elles constituent son métabolisme.

Une voie métabolique est une succession de réactions biochimiques transformant une molécule en une autre.

  • Etape 1 : Modélisation du métabolisme des levures non mutée à 40 °C
    • Passer en mode plein écran
    • Cliquer sur le drapeau Vert
    • Cliquer sur la légende pour comprendre la modélisation
    • Cliquer sur le dispositif EXAO pour commencer
    • Choisir les conditions de modélisation
      • CO2 = 1
      • Glucose = 100
      • O2 = 50
      • Température = 40°C
      • Levure mutée = non
    • Cliquer sur la seringue pour injecter le glucose
    • Cliquer sur l’icône I  pour afficher la légende si besoin

Q1 : Indiquer ce que fait la levure quand on ajoute le glucose.

Aides : observer les différentes boules, observer l’évolution du nombre de boules…

Q2 : Indiquer à partir de quel moment se forme de l’éthanol.

Q3 : Indiquer à partir de quelle(s) molécule(s) se forme l’éthanol.

Utiliser Géoportail pour montrer l’évolution de la biodiversité écosystémique

Mis en avant

Auteur : Philippe Cosentino

Pour travailler sur des cartes et territoires, l’enseignant de SVT dispose de divers outils que l’on qualifie de SIG (Systèmes d’Information Géographiques). Certains sont très complets mais également complexes, comme QGIS ; d’autres au contraire sont très simples d’accès mais plus restreints, comme Google Earth, qui reste le globe virtuel le plus utilisé dans notre discipline.

Il existe pourtant un outil en ligne, entièrement français, simple d’accès, qui permet d’accéder à un large bouquet d’informations cartographiques, certes limitées à notre territoire : Géoportail. Continuer la lecture

Utiliser ÉduAnat2 pour mettre en évidence les aires cérébrales impliquées dans l’audition

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“Entendre la musique”, voilà l’un des thèmes que l’on doit traiter dans le cadre de l’enseignement scientifique, en classe de première.

Cette fonction va bien au delà de la simple perception du son, puisqu’il s’agit de montrer qu’un traitement a lieu dans le cerveau, traitement permettant d’interpréter “l’univers sonore”. Continuer la lecture

Modéliser la dynamique et la résilience d’une forêt mixte (chênaie/hêtraie)

Mis en avant

Auteur : Philippe Cosentino

Avec le nouveau programme de spécialité (première), la dynamique écologique fait son entrée dans nos enseignements.

Par essence, cette partie se prête particulièrement à la modélisation, cette approche étant particulièrement pertinente pour tester les conséquences des interactions entre les êtres vivants sur la dynamique des écosystèmes.

L’un des aspects de cette dynamique, qu’il s’agit de traiter, est la résilience des écosystèmes après une perturbation tel qu’un incendie.

L’activité que nous proposons permet d’aborder ces différents aspects de la dynamique des écosystèmes.

Le scénario présenté dans cet article s’appuie uniquement sur des documents, mais dans l’idéal, il serait souhaitable de partir d’observations de terrain. Dans notre académie, la forêt de la Sainte Baume présente une phytogéographie remarquable.

Capture d’écran du modèle complet

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Comment simuler les conséquences de l’élévation du niveau de la mer avec Google Earth

Mis en avant

par Philippe Cosentino

L’une des conséquences possibles d’un réchauffement climatique est l’élévation du niveau de la mer consécutive à la fonte des glaces continentales.

Afin de sensibiliser les élèves à cette question, il est possible de leur faire simuler les conséquences d’une élévation même modeste de ce niveau.

Depuis que Google Earth intègre une vue tridimensionnelle des bâtiments (avec une résolution telle que le moindre abri de jardin est visible), il est possible de visualiser l’impact d’une telle élévation sur les infrastructures et le tissu urbain, et non plus simplement sur les paysages. Continuer la lecture

Proposer des activités reposant sur le codage (Python) dans le cadre de l’enseignement des SVT

par Philippe Cosentino

Présentation du contexte

Travaillant dans un lycée où l’enseignement du numérique occupe une place importante, je me retrouve couramment face à des élèves ayant choisi des enseignements d’exploration tels qu’ICN, SI ou CIT.

Ces élèves montrant une appétence particulière pour la programmation, et à l’inverse des a priori plutôt négatifs concernant les SVT (la plupart de ces élèves ne comptent pas poursuivre les SVT en classe de première), je me suis donné pour objectif de leur montrer que ces deux disciplines pouvaient en réalité se combiner de manière heureuse. Je souhaitais également que cette approche n’impacte pas le déroulement des séances de travaux pratiques (centrés sur l’étude du réel, l’expérimentation etc.).

J’ai donc pris la décision de proposer aux élèves volontaires, des activités de programmation (codage) en lien direct avec la séance de TP, à réaliser sur leur temps libre (à la maison, au CDI, en étude …).  Continuer la lecture

Étude des minéraux rencontrés dans les zones de subduction à l’aide du logiciel MinUSc

(ressource transférée à partir de l’ancien site académique)

En classe de Terminale S, “La convergence lithosphérique”, après avoir étudié les caractéristiques du magmatisme des zones de subduction, on recherche la cause possible à l’hydratation des péridotites du manteau au dessus du plan de Bénioff.
Les compositions minéralogiques des roches de la croûte océanique en subduction ont été étudiées, au microscope polarisant ou sur échantillon macroscopique.
L’objectif de cette activité est de rechercher la présence éventuelle d’eau dans des métagabbros de composition minéralogique connue.

Auteur : Paul Pillot

Lien vers l’activité :
https://www.pedagogie.ac-nice.fr/wp-content/uploads/sites/5/productions/html/minus/subduction-minusc

Cristallisation du sel et du sucre : manipulations expérimentales et apports de l’utilisation du logiciel MinUSc à la compréhension de la structure d’un cristal

(ressource transférée à partir de l’ancien site académique)

Dans le cadre de l’enseignement d’exploration MPS, le thème “Vision du monde” a été investi afin d’initier les élèves à quelques aspects de la cristallographie. En SVT, cette étude a permis de travailler sur les outils et les méthodes suivants :

  • Conception d’une démarche d’investigation
  • Suivi d’un protocole
  • Observation à l’aide du microscope polarisant
  • Captures numérique d’images
  • Utilisation d’un logiciel de modélisation moléculaire (MinUSc)

L’objet de ce dossier est de présenter des informations concernant les protocoles réalisés, les résultats obtenus par les élèves et les prolongements possibles offerts par l’étude de modélisations de structures minérales.

Lien vers l’activité :
https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/html/minusc/cristaux/

Étude des quartz choqués de la limite Crétacé Tertiaire à l’aide du logiciel MinUSc

(ressource transférée à partir de l’ancien site académique)

L’objectif de cette activité est de relier la présence de coesite au sein des quartz choqués à l’existence d’un impact météoritique.

Lien vers l’activité :
https://www.pedagogie.ac-nice.fr/svt/productions/html/minusc/crisekt/

Utilisation du logiciel de traitement de séquences Jalview en SVT : application à l’étude de la conservation des acides aminés

(ressource transférée à partir de l’ancien site académique)

Jalview est un logiciel de traitement de séquences issu de la recherche qui permet une étude originale des relations entre séquence et structure des protéines.
En particulier, grâce aux options de coloration d’alignements de séquences et de liaison avec des modèles moléculaires, Jalview offre la possibilité de visualiser les zones conservées ou variables de protéines.
Les possibilités de ce logiciel sont intéressantes pour notre enseignement entre autres dans le cadre de l’étude des mécanismes de l’évolution, ou de la diversité des anticorps.

Lien vers l’activité :
https://www.pedagogie.ac-nice.fr/wp-content/uploads/sites/5/productions/html/jalview/