par Philippe Cosentino
|
RÉSUMÉ |
| Dans cet article nous vous proposons une activité pratique au cours de laquelle les élèves devront montrer que les champignons utilisent une voie métabolique similaire à celle de l’être humain pour synthétiser la mélanine.
Il s’agit d’une activité modeste, et rapide à mettre en œuvre, qui n’occupera pas forcément toute une séance de travaux pratiques. |
|
PLACE DE L’ACTIVITÉ |
|
| Niveau concerné | Seconde |
| Place dans le programme | Le métabolisme des cellules
Connaissances Une voie métabolique est une succession de réactions biochimiques transformant une molécule en une autre. Le métabolisme dépend de l’équipement spécialisé de chaque cellule (organites, macromolécules dont les enzymes). Capacités – Expérimenter des réactions du métabolisme pour les caractériser. |
| Place dans la démarche / séquence | Cette activité peut être utilisée après avoir étudié les grandes voies du métabolisme énergétique (respiration, photosynthèse …) afin de varier un peu. |
| Mots-clés | métabolisme, voie métabolique, enzymes, mélanine |
|
OBJECTIFS PÉDAGOGIQUES |
|
| Notions fondamentales mobilisées | Métabolisme, enzymes. |
| Compétences travaillées | Concevoir, créer, réaliser (Mettre en œuvre un protocole)
Communiquer et utiliser des outils numériques (Communiquer sur ses démarches, ses résultats et ses choix, en argumentant ; Communiquer dans un langage scientifiquement approprié) Pratiquer des démarches scientifiques (Concevoir et mettre en œuvre des stratégies de résolution; Interpréter des résultats et en tirer des conclusions) |
| MODALITÉS | |
| Durée indicative | 50 minutes |
| Matériel nécessaire | Pour 1 poste : Bain marie, thermomètre Portoir de 3 tubes à essais 10 mL de solution de tyrosine, 2 mL d’extrait de champignon |
| Sécurité | La tyrosine concentrée peut être irritante pour la peau et les yeux, mais elle est fournie très diluée aux élèves. Par précaution il est cependant conseillé de faire porter aux élèves au moins des lunettes de protection lors de la manipulation des produits. |
| DESCRIPTION DU SCÉNARIO |
Plusieurs scénarios sont possibles, voici un exemple d’amorce :
“La mélanine est un pigment brun qui donne sa coloration à la peau humaine.
La production de mélanine s’effectue dans des cellules très spécialisées, appelées mélanocytes. Cette synthèse consiste en une succession de réactions biochimiques (on parle de voie métabolique) faisant intervenir différentes enzymes, dont l’une appelée tyrosinase. Le réactif (ou substrat) de départ est la tyrosine, un acide aminé, nutriment issu de la digestion d’aliments riches en protéines.
Les champignons (comme ici par exemple le champignon de Paris) présentent souvent des lamelles dont la pigmentation fait également penser à de la mélanine.
De plus, on sait que ces organismes, qui ne sont pas des végétaux, partagent certaines caractéristiques avec les animaux (comme par exemple une paroi en chitine, molécule présente dans l’exosquelette des insectes, ou des réserves de glycogène, un glucide présent dans les muscles et le foie).
On peut donc faire l’hypothèse que “les champignons sont capables de synthétiser la mélanine à partir de la tyrosine.“
Cette introduction peut aussi se décliner en un jeu de documents, comme dans la fiche de TP proposée en exemple.
On peut à partir de là imaginer la consigne suivante :
1ère question : proposez un protocole permettant de vérifier l’hypothèse énoncée, en utilisant uniquement le matériel disponible.
2ème question : mettez en œuvre ce protocole une fois qu’il est validé, et interprétez vos résultats à l’écrit.
L’ensemble peut être décomposé en plusieurs documents, comme dans cet exemple de présentation :
| COTE LABORATOIRE : PREPARATION DU MATERIEL |
Préparation de l’extrait enzymatique
Broyer des champignons de Paris, de préférence jeunes.
Mélanger le broyat à une masse égale d’eau (par exemple 100 g de champignons pour 100 mL d’eau), puis filtrer ; protéger le filtrat de la lumière.
Le filtrat contient les enzymes responsables de la synthèse de la mélanine (mais également des milliers d’autres molécules, dont de la mélanine et de la tyrosine). Il se conserve plus de 48h au réfrigérateur.
Préparation des solutions de tyrosine
Dissoudre 1g de tyrosine (achetée en pharmacie) dans 1L d’eau.
La dissolution est très longue, une agitation magnétique et un léger chauffage sont nécessaires.
Le chauffage entraîne hélas une floculation, qu’on éliminera en filtrant à la fin.
Verrerie (par poste)
1 portoir de tubes à essai
1 bain marie + thermomètre (si nécessaire)
1 feutre indélébile (pour écrire sur les tubes)
1 bécher (50 mL) de solution de tyrosine
1 bécher (5 mL) d’extrait enzymatique
Eau distillée (ou eau du robinet)
| GESTES TECHNIQUES ET EXEMPLES DE RÉSULTATS OBTENUS |
Un exemple de protocole (particulièrement fonctionnel) que l’on peut retenir est le suivant :
Tube 1 : 5 mL de tyrosine + 1mL d’eau
Tube 2 : 5 mL d’eau + 1mL d’enzyme
Tube 3 : 5 mL de tyrosine + 1mL d’enzyme
Bain marie à 45°C (pour accélérer la réaction), 5 minutes.
Exemple de résultat obtenu après 5 minutes au bain-Marie.
Noter que la solution enzymatique est déjà particulièrement foncée (du fait de la présence initiale de mélanine dans le filtrat).
Pour augmenter le contraste final entre le tube 2 et le tube 3, il est possible d’utiliser 10 mL de tyrosine (ou d’eau) à la place des 5 mL proposés, ou bien de diluer de moitié l’extrait enzymatique (la réaction sera seulement plus longue).
| PISTES D’ÉVALUATION |
Dans cette activité il est possible d’évaluer l’étape de réalisation pratique (Compétence “Mettre en œuvre un protocole”) ou encore la présentation des résultats ou l’interprétation (“Communiquer sur ses démarches, ses résultats et ses choix, en argumentant ; communiquer dans un langage scientifiquement approprié”).
Nous avons choisi de nous focaliser sur la première étape, celle qui consiste à concevoir le protocole (compétence “Concevoir et mettre en œuvre un protocole.”).
Évaluation de l’étape de conception du protocole
Compétence “Concevoir, créer un protocole”
On retiendra 3 critères de réussite :
-
- l’élève a prévu au moins un témoin négatif (le tube dans lesquels il manque le substrat) ; un 2ème témoin négatif est envisageable mais pas obligatoire (le tube dans lequel il manque l’enzyme – il est trivial, la tyrosine étant incolore)
- l’élève précise au moins une condition expérimentale (durée, température, pH etc.), étant donné qu’il s’agit de proposer un protocole, et non pas seulement une stratégie de résolution
- l’élève a annoncé les résultats qu’il s’attend à obtenir si l’hypothèse de l’énoncé est exacte
| Niveau | Description |
| A : Maîtrise très satisfaisante | Les 3 critères sont présents. |
| B : Maîtrise satisfaisante | Deux critères présents. |
| C : Maîtrise fragile | Un seul critère présent. |
| D : Maîtrise insuffisante | Aucun critère présent. |
| CONCLUSION |
Cette activité est modeste dans ses ambitions méthodologiques comme notionnelles, mais elle a l’élégance justement d’être très simple à mettre en œuvre et à exploiter.
D’un point de vue méthodologique, elle initie l’élève en douceur à la manipulation enzymatique, avec tubes à essai et bain marie.
Elle n’occupera peut être pas toute une séance, et ne permettra probablement pas à elle seule de comprendre ce qu’est une voie métabolique, à l’enseignant d’imaginer comment compléter la séance, par une étude de document par exemple ou pourquoi pas par une courte évaluation.
