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Cycle et niveau de classe
Lycée, Première, Enseignement de spécialité
Objectifs pédagogiques
L’étude de la traduction peut être envisagée en s’intéressant aux programmes contenus dans des logiciels utilisés en SVT comme Anagène ou GénieGen. De cette manière en SVT, nous entrons dans un cadre de formation au numérique par la programmation (nouvelles perspectives : la bio-information). Ainsi, il faut réaliser un algorithme puis éventuellement un programme sous Python. Cette activité peut se faire dans une séance de TP dans laquelle les expériences historiques permettant de comprendre comment le code génétique a été élucidé, sont étudiées préalablement. Tout dépend de la production attendue et du niveau des élèves.
Thème 1 - La Terre, la vie et l’organisation du vivant
« Chez les eucaryotes, la transcription a lieu dans le noyau et certains des ARN formés, après maturation éventuelle, sont exportés dans le cytoplasme. Parmi ceux-ci se trouvent les ARN messagers qui dirigent la synthèse de protéines lors d’un processus dénommé traduction. Le code génétique est un système de correspondance, universel à l’ensemble du monde vivant, qui permet la traduction de l’ARN messager en protéines. L'information portée par une molécule d'ARNmessager (le message génétique) est ainsi convertie en une information fonctionnelle (la séquence des acides aminés de la protéine).»
Compétences et capacités travaillées
Utiliser des outils numériques
-Concevoir un algorithme de traduction d’une séquence d’ARN et éventuellement le programmer dans un langage informatique (par exemple Python).
-Collaborer sur un mur mutualisé pour construire les productions (parties de programme). S’orienter en SVT (DUT ou Master 2 Bioinformatique).
Outils numériques utilisés, intérêts et limites
Logiciel drawing : algorithme Logiciel de programmation : Python iframe : programmes à compléter en différenciation
Intérêts : les décompositions des étapes de la traduction dans un algorithme puis dans un programme permettent de renforcer sa compréhension et son apprentissage. Des nouvelles compétences numériques comme la programmation permettent d’ouvrir des perspectives de formation comme la bio-informatique.
Limites : Il existe une diversité de programmes répondant à cette activité. La finalité étant le bon fonctionnement du programme.
Présentation de la séance - TP 30' à 2h - Groupes de 4
Pré-requis
Initiation à l’algorithmique et à la programmation par l’enseignement commun de seconde SNT et de mathématiques :
• utilisation des fonctions.
• utilisation de façon simple des variables de type nombre ou chaine de caractère • utilisation des instructions conditionnelles (Si alors sinon)
• utilisation des boucles bornées (Pour) ou non bornées (Tant que)
• utilisation quelques programmes simples.
• Interprétation et modification des algorithmes plus complexes.
Perfectionnement en algorithmique et en programmation en première mathématiques et/ou NSI Si l’élève suit la spécialité mathématiques, il apprendra en cours d’année à manipuler les listes. Si l’élève suit la spécialité NSI, il sera sûrement autonome dans la syntaxe et la création d’un programme. SVT : Le code génétique Les étapes de la traduction.
Objectif et contextualisation
L’activité envisage de décomposer chaque opération effectuée dans les étapes biologiques de traduction par un algorithme. Les élèves peuvent faire fonctionner cet algorithme « à la main » avec une séquence d’ARNm préféfini. Eventuellement, dans un second temps, l’algorithme permet la création d’un programme répondant à la réalisation de la traduction d’une séquence d’ARNm prédéfini dans un fichier texte (.txt).
Pour analyser les données en biologie comme l’ADN, plus nombreuses et plus complexes, les scientifiques se sont tournés vers les technologies de l’information. L'immense capacité de stockage et d’analyse des données qu'offre l'informatique leur a permis de gagner en puissance pour leurs recherches. Une nouvelle science est née de la rencontre entre la biologie et l'informatique : la bio-informatique. En SVT, nous utilisons des logiciels de traitements de données comme Anagène ou GénieGen qui renferment des programmes capables de traiter des séquences d’ADN ou d’ARNm. On se propose de réaliser un programme de traduction qui est présent dans ces deux logiciels.
Consigne
A l’aide de l’animation présentant les étapes de la traduction, élaborer un algorithme de traduction de la séquence d’ARNm proposée et éventuellement le programmer dans un langage informatique Python.
Supports
Mur collaboratif avec les ressources pour la programmation
Fichier texte (.txt) d’une séquence d’ARNm à traduire
Productions possibles
- Algorithme ou Programme
- Document : apprendre à s’orienter en SVT
Différenciation possible
La construction de ce TP dépend donc du profil de l’élève. Pour certains, la réalisation de l’algorithme en « langage naturel » sera le seul objectif raisonnable. Pour d’autres, la réalisation complète est envisageable si ce TP a lieu assez tardivement dans l’année scolaire. Enfin en voie intermédiaire, on peut imaginer une version à compléter ou modifier, un partage de taches selon les compétences des élèves. Vu la complexité du code obtenu qui commence à être importante pour certains élèves, on pourra inciter ceux-ci à commenter leur code pour qu’un autre élève puisse le comprendre. D’autre part la partie récupération de fichiers ou génération de fichiers ne sera sûrement pas maitrisée par la plupart des élèves donc il conviendra de donner cette partie du code déjà écrite ou de demander l’expertise d’un élève ayant ces connaissances.
Bilan et retour des élèves
Pour la phase de test avec des élèves ayant étudié l’algorithmique au collège en troisième, ils ont été motivés et sont rentrés rapidement dans la phase de création de l’algorithme. En groupe de 4, les élèves partagent leurs connaissances et leurs compétences. La phase de réalisation du programme n’a pas pu être testée.
Pour aller plus loin / Liens
MOOC Algorithmique
MOOC Inria Algorithme de traduction
https://www.canal-u.tv/video/inria/2_4_un_algorithme_de_traduction.24576
MOOC Inria Implémenter le code génétique
https://www.canal-u.tv/video/inria/2_5_implementer_le_code_genetique.24578
MOOC Inria algorithmes et génomes
https://www.canal-u.tv/video/inria/2_6_algorithmes_structures_de_donnees_programmes.24570
MOOC Algorithmes et génomes
https://www.canal-u.tv/producteurs/inria/cours_en_ligne/bioinformatique_algorithmes_et_genomes
Ressources pour enseigner la programmation
Débuter avec python au lycée
http://python.lycee.free.fr
Ressources pour le lycée en mathématiques
http://cache.media.eduscol.education.fr/file/Mathematiques/73/3/Algorithmique_et_programmation_787733.pdf
Site d’entraînement à la programmation
http://www.france-ioi.org
Un livre téléchargeable gratuitement (mais on peut l’acheter aussi!)
inforef.be/swi/python.htm
Les cours sur openclassrooms
fr.openclassrooms.com/informatique/python/cours
