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La communication hormonale

Chimie – biochimie- sciences du vivant

Cycle 4

4e

Introduction

Organisation des séances

Scénario organisé en 3 séances pour un total de 2h30.

  • Séance 1 : 1h00

  • Séance 2 : 1h00

  • Séance 3 : 0h30

Objectifs visés

  • Établir le lien entre la sécrétion accrue des hormones sexuelles et les modifications physiologiques liées à la puberté.
  • Définir la notion d’hormone.
  • Prendre connaissance du contrôle exercé par une neurohormone/hormone hypothalamique sur l’activité des gonades.
  • Décrire l’action d’une ou de plusieurs hormones sexuelles sur une ou des structures cibles.

Pré-requis

Notions acquises au travers de l’étude de la transmission de la vie chez l’homme, en 4e

  • Apparition et développement des caractères sexuels secondaires chez la fille et le garçon à la puberté.
  • Éveil des organes reproducteurs masculin et féminin à la puberté : les sujets deviennent aptes à procréer.
  • Production des spermatozoïdes dans les testicules de manière continue chez le garçon pubère.
  • Fonctionnement de l’appareil génital (ovaires, muqueuse utérine et glaire cervicale) en cycles synchronisés chez la fille pubère.
  • Contraception chimique orale (empêche une grossesse par l’administration d’hormones de synthèse, de manière réversible et temporaire).

Capacités/Compétences acquises à l’entrée en 4e

  • Connaître les étapes essentielles d’une démarche d’investigation.
  • Se questionner, formuler un problème scientifique.
  • Formuler des hypothèses recevables au regard du contexte étudié.
  • Valider ou invalider ces hypothèses à partir d’observations, d’expériences et de l’exploitation de résultats expérimentaux.
  • Utiliser des outils d’observation en sciences.
  • Communiquer à l’aide de langages et d’outils adaptés.
  • Être acteur dans son environnement.
  • Connaître et maîtriser les enjeux liés à sa sexualité.

Séance 1

Durée

1h00

Situation déclenchante

Retour sur la puberté avec présentation des principales modifications physiologiques associées. Quelques photographies choisies ou un simple rappel oral permettent à l’enseignant de raviver les notions acquises.

Afin de montrer l’importance des hormones sexuelles dans les transformations physiologiques constatées à la puberté, une présentation et une description de castrats (en vogue en Italie au XVIIe siècle) peuvent être envisagées. Elles permettent une approche introductive du rôle de la testostérone sur le développement des caractères sexuels. Le lien avec les modifications constatées à la puberté est alors souligné par l’enseignant, et les problématiques soulevées par les élèves.

Problème

Quelles sont les substances qui déclenchent, chez le garçon, l’entrée en puberté ? Quelles sont les structures impliquées dans leur production ? Quelles sont les cibles de cette ou de ces substances ?

Supports

  • Logiciel de simulation « Expériences de Berthold » sur le site de l’académie de Poitiers.
  • Rappel des étapes essentielles constituant une démarche expérimentale.

Consigne

Après avoir exploré le logiciel de simulation « Expériences de Berthold », proposez et entreprenez une démarche expérimentale permettant de démontrer l’intervention d’un ou de plusieurs facteurs testiculaires dans les modifications constatées durant la puberté.

Votre démarche expérimentale devra s’appuyer sur des hypothèses qui apparaîtront dans votre compte rendu. Ce dernier pourra prendre la forme d’un tableau présentant les expériences simulées, leur(s) résultat(s) et leur exploitation. En rédigeant une phrase de conclusion, vous récapitulerez la ou les notions découvertes au travers de votre expérimentation.

Activités

Les élèves disposent d’un logiciel de simulation, simple d’utilisation, modélisant les expériences de Berthold (milieu du XIXe siècle). L’interactivité proposée par ce logiciel les invite à éprouver différentes hypothèses concernant l’identité et la nature d’un facteur testiculaire responsable de la virilisation d’un futur coq. Chaque élève doit alors consigner dans son compte rendu les hypothèses qu’il désire mettre à l’épreuve. L’enseignant peut ici apporter un « coup de pouce » pour la formulation rédigée de ces dernières.

De la même façon, l’enseignant peut inviter les élèves à réfléchir à l’importance d’une expérience témoin dans leur expérimentation virtuelle.

La simulation expérimentale permet de visualiser rapidement les résultats de telle ou telle opération (castration bilatérale, injection d’extraits testiculaires…). Ces résultats doivent, eux aussi, être consignés dans le tableau de compte rendu. Leur exploitation doit mettre à jour les notions attendues.

En guise de conclusion, l’élève rédigera une ou deux phrases dans lesquelles les expressions « substance véhiculée par le sang », « organe producteur », « organes cibles », « développement des caractères sexuels » seront mentionnées.

Production attendue

Tableau de synthèse récapitulant les hypothèses émises, les expériences virtuelles envisagées, les résultats constatés, leur exploitation.

Phrases de conclusion intégrant les notions ou expressions essentielles attendues.

Bilan

En menant à bien cette démarche d’investigation, chaque élève peut se confronter de manière autonome à la conduite d’une démarche expérimentale organisée. Des aides mineures doivent être disponibles pour l’accompagner dans cette activité. La production écrite finale doit mettre en avant l’hormone mâle et ses modalités d’action et permettre à l’enseignant d’apporter la définition précise du terme « hormone ». Un schéma fonctionnel appliqué au cas de l’adolescent pubère peut être envisagé pour replacer cette notion dans le cadre du chapitre abordé.

Séance 2

Durée

1h00

Situation déclenchante

Retour sur la sécrétion continue de testostérone du mâle pubère et de ses impacts sur le phénotype masculin. On insiste sur les actions multiples de cette hormone mâle dans la masculinisation du sujet.

Côté féminin, la visualisation de la séquence Corpus « Le cycle ovarien » (du début jusqu’à 02 min 52 s) permet à l’ensemble des élèves de se rappeler les événements marquants du fonctionnement cyclique de l’appareil génital féminin. L’animation infographique et les commentaires associés mettent l’accent sur le synchronisme des cycles ovarien, utérin et cervical.

Problème

Comment expliquer le synchronisme remarquable des cycles ovarien, utérin et cervical chez la jeune femme ? Quelles sont les hormones responsables ?

Supports

Consigne

En utilisant l’animation ressource proposée, présentez, sous la forme d’un schéma fonctionnel légendé, les hormones sexuelles de la femme pubère et leur implication dans le déroulement cycles utérin et cervical chez la jeune femme pubère. La trame schématique permettant votre construction fonctionnelle est fournie.

Activités

Chaque élève commence son étude sur l’action des hormones ovariennes sur une structure cible de l’appareil génital féminin : la muqueuse utérine. La vidéo Corpus « Le cycle ovarien » propose de suivre les variations de concentration de chaque hormone en fonction des jours d’un cycle menstruel. La mise en lien de l’augmentation de concentration de telle ou telle hormone avec une modification majeure de l’aspect de la muqueuse utérine permet à l’élève de déterminer un rôle clé pour l’hormone étudiée.

Dès lors, il peut travailler la trame schématique fournie pour la rendre fonctionnelle. L’apparition des règles est mentionnée et mise en lien avec la diminution brutale de concentration des deux hormones sexuelles.

Production attendue

Réalisation schématique (opérée à l’aide de symboles) de l’appareil sexuel féminin mettant en avant le contrôle hormonal exercé par l’ovaire sur l’utérus. L’élève doit veiller à différencier l’action des œstrogènes de celle de la progestérone. L’aspect temporel de ces actions doit aussi être pris en considération.

Bilan

À l’issue de cette activité, chaque élève apprend que les ovaires libèrent deux types d’hormones sexuelles : les œstrogènes et la progestérone. L’étude de ces hormones et de leurs actions ciblées permet non seulement de renforcer la notion d’hormone préalablement établie chez le mâle, mais aussi de préciser l’action spécifique de chaque hormone sur ses structures cibles.

Pour compléter l’étude, l’enseignant propose la visualisation de la séquence Corpus « Le cycle ovarien » dans la seconde partie entre 02 min 52 s et 04 min 13 s. Cette séquence permet aux élèves de corriger et/ou de conforter leurs productions. Elle propose aussi un complément d’informations scientifiques sur le contrôle du cycle cervical par les hormones ovariennes qui leur permettra d’enrichir le schéma fonctionnel qu’ils ont établi.

Séance 3

Durée

0h30

Situation déclenchante

Présentation et commentaires détaillés des caractéristiques phénotypiques associées au syndrome de Kallmann-De Morsier. L’enseignant peut suggérer aux élèves de se questionner, à l’oral ou par écrit, et d’émettre des hypothèses de travail sur l’origine physiologique de ce syndrome.

Problème

Quelle est ou quelles sont les causes responsables du phénotype non pubère des sujets présentant le syndrome de Kallmann de Morsier ? Existe-t-il un lien entre les symptômes constatés et la concentration des hormones sexuelles chez ces patients ? Quels traitements peut-on leur proposer ?

Supports

Document présentant le tableau clinique du syndrome de Kallmann-De Morsier avec traitements possibles sur le site Orphanet.

Consigne

À partir du document joint, précisez l’origine physiologique du syndrome de Kallmann-De Morsier et proposez un traitement envisageable pour en corriger les principaux symptômes associés.

Activités

Le document fourni dresse un tableau clinique du syndrome de Kallmann-De Morsier. Après l’avoir lu attentivement, l’élève sélectionne rapidement l’origine endocrine. Il découvre l’importance de l’augmentation de la concentration d’une neurohormone hypothalamique (GnRH) pour le déclenchement de la puberté et le maintien des caractères sexuels.

Production attendue

Questionnement et formulation d’hypothèses à l’oral ou à l’écrit. Prescription d’un traitement tenant compte du déficit de production du facteur neurohormonal hypothalamique (GnRH).

Bilan

L’activité proposée, rapide et simple à mettre en œuvre, permet de mettre à jour le lien causal entre le déclenchement de la puberté et l’augmentation progressive des concentrations dans le sang de « certaines hormones fabriquées par le cerveau » (cf. Bulletin officiel). Le contrôle exercé par la neurohormone hypothalamique sur l’activité des gonades est alors souligné et explicité par l’enseignant.

Conclusion

Ce scénario pédagogique repose sur des modélisations permettant l’étude des relations hormonales établies entre différentes structures des appareils sexuels mâle et femelle. Les activités suggérées sont accessibles aux élèves de 4e et permettent de travailler la méthodologie associée à certaines étapes de la démarche expérimentale (questionnement, émission d’hypothèses, formulation de résultats, validation ou non des hypothèses émises). En ce qui concerne l’activité liée à la séance 3, l’étude peut être menée, selon le temps imparti dans la progression de l’enseignant et la période de l’année, sous forme de tâche complexe. On pourra alors prendre pour support une fiche type, modulable, présentée sur le site disciplinaire de l’académie de Lille.

Vidéos utilisées

Suggestion de scénarios pédagogiques