Niveau : première enseignement de spécialité SVT
Partie du programme :
La Terre, la vie et l’organisation du vivant Transmission, variation et expression du patrimoine génétique
« Concevoir un algorithme de traduction d’une séquence d’ARN et éventuellement le programmer dans un langage informatique (par exemple Python). »

Suggestion de progression : Réserver au moins 30 minutes en fin de séance de TP sur la traduction. Possibilité d’approfondir à la maison pour les élèves motivés.

Objectifs : La maîtrise complète d’un langage de programmation et des outils permettant de développer un programme ne sont pas des objectifs à viser en SVT. Ces notions sont traitées de manière transversale et à un niveau d’initiation pour les élèves. Notre contribution ne peut s’envisager que sur des notions sur lesquelles le recours à la programmation vient apporter quelque chose à la compréhension du concept biologique ou géologique étudié et qui doit rester l’objet d’étude central. Voici un exemple d’activité qui s’inscrit dans cette démarche. Ni le professeur, ni les élèves n’ont besoin de pré-requis concernant la programmation pour la réaliser.

Points de vigilance :
L’aisance des élèves vis à vis de la programmation est très hétérogène : des portes de sorties sont prévues dans l’activité pour réorienter les élèves mis en difficulté par la programmation vers un travail documentaire classique. En effet, dès l’instant ou la programmation devient un frein à la compréhension des notions de SVT, il faut stopper. Les élèves qui iront plus loin le feront en autonomie et seront invités à partager leurs travaux s’ils ont produit quelque chose de plus avancé.
Pour les enseignants qui souhaiteraient remanier cette activité, il faudra veiller à ce que le questionnement reste centré sur les parties du programme en lien avec les notions de SVT pour ne pas risquer de dériver et de se retrouver à faire un cours de programmation.

1. Activité élève :

Initiation à la bio-informatique

Pour analyser les données en biologie comme des séquences d’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 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 ce type de logiciel.

1- Avant de construire un programme, il faut imaginer le scénario qu’on va suivre. Faites une liste précise de toutes les étapes de la traduction d’un ARN messager en protéine.

2- Pour améliorer votre algorithme : avez-vous repéré les étapes qui se répétaient ? Elles permettront de former une boucle dans le programme.
Cependant, une boucle dans un programme ne sait pas s’arrêter toute seule lorsque le travail est terminé et va essayer de continuer sa tâche coûte que coûte. Il est donc indispensable de définir les conditions dans lesquelles un programme doit s’arrêter : trouvez-les.

3 -Cliquez sur les liens vers les différents programmes et suivez les consignes :

Programme n°1

Programme n°2

Stop ou encore ? Si c’est stop -> travail documentaire. Si c’est encore, voilà la suite :

4- Comparez le programme n°3 et le programme n°4

5- Utilisez les éléments déjà vus pour écrire une boucle permettant de répliquer une séquence d’ADN (c’est-à-dire écrire le brin complémentaire). Vous pouvez enfin proposer un programme capable de transcrire une séquence d’ADN en ARN puis de traduire la séquence obtenue en séquence d’acides aminés.

2. Outils pour l’enseignant :

• Éléments de correction et commentaires :

1- Exemple d’algorithme :

Lire les 3 premiers nucléotides → chercher ce codon dans le code génétique → noter l’acide aminé correspondant → avancer de 3 nucléotides pour lire le codon suivant

NB : Ne pas chercher à faire écrire un algorithme dans un langage spécifique en respectant les conventions du monde informatique. C’est bien le fond de la réflexion qui nous intéresse ici en SVT : il ne s’agit pas d’enseigner l’informatique. Voir les organigrammes proposés en annexe pour aller plus loin.

2- L’algorithme précédent doit s’exécuter en boucle, c’est-à-dire recommencer le même travail. Il doit cesser de fonctionner lorsqu’il rencontre un codon stop ou lorsqu’il reste moins de 3 nucléotides dans la séquence à traduire.

3- Dans le programme n°1, il faut ajouter les codons stop en reproduisant la syntaxe utilisée pour les autres codons. La valeur à trouver en ligne 79 est 3 car on va se déplacer de 3 nucléotides pour lire le codon suivant. La ligne 37 permet d’arrêter le programme lorsqu’il reste moins de 3 nucléotides. La ligne 78 permet d’arrêter le programme si un codon stop est présent dans la séquence. Dans le programme n°2, la boucle mystère sert à repérer le codon initiateur de la traduction alors que le programme précédent prenait comme point de départ les 3 premiers nucléotides de la séquence quels qu’ils soient. Pour mettre les élèves sur la piste, il est possible de leur suggérer de regarder tout à la fin du programme où une instruction permet d’afficher qu’il n’y a pas de codon initiateur si aucun AUG n’est trouvé.

4- Les programmes n°3 et n°4 sont deux manières différentes d’écrire une boucle pour transcrire une séquence d’ADN en ARN, l’un utilisant une boucle « for », et l’autre une boucle « while ». Il n’est pas nécessaire en tant que professeur de SVT d’aller plus loin dans les explications : ces notions ont éventuellement été vues en seconde en mathématiques et SNT ou seront approfondies dans d’autres enseignements. Inviter les élèves intéressés à se renseigner en faisant leurs propres recherches.

5- Pour écrire le brin complémentaire, il suffit de remplacer U par T dans le programme 3 ou 4 et de remplacer le terme de "transcrit" par "brin complémentaire". Pour un programme multifonction, ajouter à la suite les différentes portions de code en faisant attention au nom des variables qui sont créés. Voir dans les ressources la production de l’académie de Versailles pour télécharger des exemples.

• Sources :

Programmes remaniés à partir du travail de Stanislas Dorey publié sur académie de versailles : https://svt.ac-versailles.fr/spip.php?article1050

Outil « share python » présenté sur le site académique des mathématiques de Lille : http://mathematiques.discipline.ac-lille.fr/redacteurs/vjoly/algorithmique/python-avec-skulpt/share-python-un-programme-en-ligne-pour-partager-facilement-des-exercices-de-programmation-en-python

Annexe à télécharger : des organigrammes pour illustrer les différents programmes