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Préparation au bac 2003
SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE
- Série S -
Corrigé sujet 11
(En raison de l'absence de sujet
des années précédentes due au changement de programme
en SVT intervenu à la rentrée 2002, les sujets ci-dessous
destinés à la préparation du bac 2003 ont été
reconstitués arbitrairement à partir de sujets des années
précédentes ou de sujets inédits. L'équilibre
des thèmes et des questions est en accord avec les instructions
officielles. |
Partie 1 (10 points) Exposé organisé
de connaissances (obligatoire et spécialité)
Immunologie
D'après Antilles-Guyane, juin 2001
En vous limitant à la lignée des lymphocytes B, vous montrerez
à chacune de ses étapes, le caractère spécifique
de la réponse immunitaire à médiation humorale.
La réponse sera illustrée de schémas.
Corrigé
Introduction
Les réponses immunitaires à médiation humorale,
réponses mettant en jeu des anticorps circulants, les immunoglobulines,
sont déclenchées lorsque des lymphocytes B (LB) sont activés
spécifiquement par un antigène (sélection clonale).
Au cours de la phase d’amplification, les LB activés expriment des
récepteurs spécifiques pour des signaux de communication.
Enfin, au cours de la phase effectrice, des anticorps spécifiques
permettant la neutralisation des antigènes sont sécrétés
par les plasmocytes issus de la transformation des LB. Chacune de ces étapes
présente donc un caractère spécifique qui s'explique
par les caractéristiques des molécules exprimées
par les cellules immunocompétentes, notamment par celles de la lignée
des LB. Nous les examinerons successivement.
Phase d’induction
Les LB sont capables de reconnaître spécifiquement des
antigènes circulants comme ceux portés par certains microorganismes.
Cette capacité est liée à la présence de récepteurs
membranaires, les récepteurs B, capables de lier un antigène
de façon spécifique, chaque clone de LB ne reconnaissant
qu’un seul antigène car il n'exprime qu’un seul type de récepteur
B. La structure moléculaire des récepteurs B explique leur
spécificité. Il s’agit d’anticorps membranaires constitués
de quatre chaînes polypeptidiques identiques deux à deux,
deux chaînes lourdes et deux chaînes légères.
Chaque chaîne comporte une région constante et une région
variable. Les régions constantes des chaînes lourdes permettent
la fixation de la molécule à la membrane du lymphocyte tandis
que les régions variables sont responsables de la reconnaissance
spécifique de l’antigène et de sa liaison. Il existe une
diversité immense des parties variables qui sont donc susceptibles
de reconnaître une diversité immense d’antigènes. Le
schéma ci-dessous présente la structure générale
d’un anticorps. Les anticorps circulants, les immunoglobulines dont il
sera question plus loin ont une structure de base similaire mais il s’agit
de molécules libres.
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La liaison d'un antigène au récepteur B d'un LB constitue
un signal d'activation aboutissant à la formation d'un clone de
LB de même spécificité. C'est la sélection clonale. |
Phase d’amplification
Les réponses immunitaires spécifiques nécessitent
une coopération cellulaire au cours de laquelle des signaux chimiques,
les cytokines, sont échangés entre les cellules. Seuls les
LB activés expriment les récepteurs spécifiques des
cytokines produites par des lymphocytes T auxiliaires. La stimulation de
la lignée B donne alors naissance à un clone de plasmocytes
et à des LB mémoire. Le schéma ci-dessous résume
ces relations.

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Phase effectrice
Les plasmocytes issus de la transformation des LB activés sécrètent
des anticorps circulants, les immunoglobulines, molécules effectrices
des réponses à médiation humorale dont on a vu ci-dessus
qu'elles ont une structure moléculaire semblable à celle
des récepteurs B. Au cours de la phase effectrice, la même
spécificité que celle du récepteur B qui a déclenché
la réponse s’exprime car les plasmocytes sont les descendants des
LB stimulés initialement et ils appartiennent donc au même
clone. De ce fait, les anticorps produits par les plasmocytes ont la même
partie variable que le récepteur B et donc la même spécificité.
Ils neutralisent uniquement les antigènes qui ont déclenché
la réponse.
Conclusion
Toutes les étapes de la réponse immunitaire à
médiation humorale sont donc marquées par leur caractère
étroitement spécifique vis à vis de l'antigène
détecté. Cette spécificité est due à
la présence de régions variables dans les molécules
exprimées par les cellules de la lignée B, récepteurs
B et anticorps circulants.
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Partie 2-1 (4 points)
Exploitation de documents et connaissances (obligatoire et spécialité)
Parenté entre les êtres vivants actuels et
fossiles, phylogenèse, évolution
D'après Antilles-Guyane, juin 1999
L'idée d'évolution repose sur des arguments et des mécanismes
que vous présenterez en vous fondant sur l'exploitation du document.
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Corrigé
Introduction
L'idée d'évolution découle d'un ensemble d'arguments
suggérant des relations de parenté entre les espèces
vivantes. Ces arguments résultent d'observations concernant tous
les degrés d'organisation du vivant depuis les molécules
jusqu'aux populations. Les informations tirées du document présenté
constituent des arguments en faveur de l'évolution qui concernent
le niveau moléculaire.
Document
Dans un taxon, comme ici celui des Vertébrés, on trouve
des protéines homologues, c'est à dire des protéines
codées par des gènes homologues qui descendent d'un gène
ancestral au cours de l'évolution. Ainsi, l'hormone insuline existe
chez tous les Vertébrés depuis les plus anciens (Poissons)
jusqu'aux plus récents (Homme). En outre, elle remplit la même
fonction hypoglycémiante chez chacun d'entre eux. On constate que
la séquence de l'insuline diffère entre les trois espèces
de Vertébrés par un certain nombre d'acides aminés.
Si on les compare à celle de l'homme, l'insuline de myxine en diffère
par 6 acides aminés sur la chaîne A et par 14 acides aminés
sur la chaîne B alors que celle du bœuf n'en diffère que par
2 acides aminés sur la chaîne A seulement. En outre, l'insuline
de bœuf est fonctionnelle chez l'homme où on peut l'utiliser pour
corriger le diabète sucré. Or la séquence des protéines
est dictée par celle des gènes et les acides aminés
qui diffèrent aux mêmes positions révèlent des
mutations au sein des codons correspondants.
On considère que l'évolution des gènes conditionne
celle de l'espèce puisqu'un caractère est héréditaire
s'il est conditionné par un ou plusieurs gènes. Or, l'information
contenue dans les gènes, leur séquence, est traduite dans
les protéines qu'ils codent en une séquence d'acides aminés.
Aussi, l'évolution d'un gène peut être suivie dans
la séquence de la protéine correspondante. À partir
d'un gène "ancêtre", les différences s'accumulent au
cours du temps et sont d'autant plus nombreuses que les espèces
ont évolué plus longtemps séparément. L'insuline
de bœuf est plus proche de l'insuline humaine que de celle de la myxine
car l'ancêtre commun aux différents groupes de Vertébrés
est plus ancien que l'ancêtre commun aux différents groupes
de Mammifères apparu plus récemment. En outre, l'insuline
de la myxine diffère moins de celle de l'ancêtre commun des
Vertébrés que de celle de l'ancêtre des Mammifères
qui restent tous assez proches comme le montre le fait que l'insuline de
bœuf reste fonctionnelle chez l'homme. C'est pourquoi le nombre de mutations
accumulées au cours du temps dans la séquence d'un gène
peut servir d'horloge moléculaire pour évaluer la plus ou
moins grande ancienneté de la divergence d'un arbre phylogénétique.
Conclusion
L'idée d'évolution repose notamment sur les observations
suggérant une parenté entre les espèces. L'étude
des séquences géniques montre que le nombre de mutations
qui différencie les gènes homologues chez des espèces
différentes est d'autant plus élevé que les espèces
diffèrent. Ceci suggère une accumulation de mutations au
cours du temps susceptible de rendre compte des parentés et des
phénomènes évolutifs. Si les documents étudiés
concernent les protéines, bien d'autres arguments relevant de la
paléontologie, de l'anatomie comparée, de la génétique,
de l'embryologie de la biochimie, etc. accréditent également
l'idée d'évolution qui s'impose désormais même
si tous ses mécanismes ne sont pas encore élucidés.
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Partie 2-2 (6 points) Exploitation de
documents et méthodes (enseignement obligatoire)
Procréation
D'après Antilles-Guyane, juin 2001
En reliant par un raisonnement logique les informations apportées
par les documents 1 à 3, précisez la succession des mécanismes
hormonaux à l’origine de l’absence de règles lors de la grossesse.
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Corrigé
Introduction
Lorsqu’il n’y a pas de grossesse, le cycle féminin se termine
par les règles, hémorragie due à l’élimination
cyclique de la muqueuse utérine hypertrophiée. En revanche,
lorsqu’une grossesse démarre, la muqueuse utérine reste fonctionnelle
et les règles n’apparaissent pas. Après avoir identifié
le mécanisme hormonal qui déclenche les règles (document
2), nous verrons celui qui en empêche l’apparition (document 1) ainsi
que son origine hormonale (document 3).
Déclenchement hormonal des règles
Le graphique A du document 2 montre qu’au cours de la phase lutéale
d’un cycle normal, il existe une corrélation entre l’arrêt
de la sécrétion de progestérone et l’apparition des
règles. L’étude expérimentale dont le résultat
est indiqué par le graphique B montre que lorsque l’on inhibe artificiellement
la sécrétion de progestérone, les règles apparaissent
prématurément. On en déduit que la sécrétion
de progestérone maintient fonctionnelle la muqueuse utérine
et que l’arrêt physiologique de la sécrétion déclenche
l’apparition physiologique des règles. Que se passe-t-il pendant
la grossesse ?
Pendant la grossesse
Le document 1 présente les résultats du dosage urinaire
du prégnandiol et des phénolstéroïdes, métabolites
des hormones ovariennes qui reflètent respectivement la sécrétion
de la progestérone et celle des œstrogènes. Chez cette femme,
après un cycle stérile d’un mois, une grossesse a démarré.
On constate que dès le début de la grossesse, le profil de
sécrétion des hormones ovariennes est modifié. La
concentration en prégnandiol, donc en progestérone, se maintient
pendant deux semaines après la fin de la phase lutéale à
un niveau élevé de 5 mg.L-1 puis commence à
augmenter. Quant aux phénolstéroïdes, c’est à
dire les œstrogènes, après le pic préovulatoire ils
augmentent également. Comme on a vu que le déclenchement
des règles est dû à l’arrêt de la sécrétion
de progestérone, on en déduit que le maintien d’un taux élevé
de progestérone empêche l’apparition des règles chez
la femme enceinte. Quelle est l’origine de cette sécrétion
de progestérone ?
Hormone chorionique gonadotrope (HCG)
Le document 3 montre qu’au début de la grossesse comme pendant
le cycle, la progestérone est produite par le corps jaune. À
la suite de l’implantation de l’embryon, on observe que de l’HCG est produite.
Or cette hormone, dont la concentration passe de 0 à 100 UA en deux
jours après l’implantation, maintient en activité les cellules
du corps jaune. Comme c’est le corps jaune qui produit la progestérone,
on en déduit que l’augmentation de la sécrétion de
progestérone observée au cours de la grossesse est due à
la sécrétion de HCG par l’embryon qui remplit la même
fonction que la LH hypophysaire dont la concentration chute en fin de cycle.
Conclusion
Ainsi, le fait que les règles ne se produisent pas lors de la
grossesse est la conséquence d’une cascade de mécanismes
hormonaux. La production de HCG par l’embryon maintient les cellules du
corps jaune fonctionnelles. Ces cellules répondent par la sécrétion
de progestérone. Le taux élevé de progestérone
qui en résulte prévient l’apparition des règles en
maintenant fonctionnelle la muqueuse utérine où se développe
l’embryon.
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Partie 2-2 (6 points) Exploitation de
documents et méthodes (enseignement de spécialité)
Diversité et complémentarité des
métabolismes
Sujet inédit
Les levures sont des champignons unicellulaires capables de vivre en
présence comme en absence d'oxygène gazeux.
En mettant en relation les informations tirées des documents
proposés, comparer les caractéristiques de ces deux modes
de vie chez les levures et localiser sur le document 3 les principales
réactions métaboliques impliquées.
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Corrigé
Introduction
Selon les conditions, les levures sont capables d'utiliser des substrats
organiques carbonés pour fermenter ou pour respirer. Comme le montrent
les équations bilan (document 1), ces deux types de métabolisme
diffèrent notamment par leur efficacité énergétique
puisque l'énergie fournie par une mole de glucose lors de la fermentation
ne représente que 5 à 6 % de celle fournie par la respiration.
Nous allons montrer que bien d'autres caractéristiques distinguent
ces deux modes de vie.
Au niveau cellulaire
Le document 3 montre que les cellules qui respirent possèdent
des mitochondries contrairement à celles qui fermentent. Les mitochondries
sont en effet les organites respiratoires de la cellule. Ceci montre que
les levures sont capables de développer leurs mitochondries lorsque
c'est nécessaire. Cette observation peut être mise en relation
avec le document 2 pour distinguer métabolismes respiratoire et
fermentaire.
Les deux métabolismes de la levure
Lors d'une culture sur un milieu aéré riche en glucose,
il est indiqué que la respiration est inhibée tant que la
concentration en glucose dépasse 1 g.L-1. Ceci confirme
que les cellules dépourvues de mitochondries prélevées
à t = 2 h étaient en fermentation. Elles se sont cependant
multipliées, atteignant 8 unités de croissance à t
= 10 h. Elles produisaient alors de l'éthanol par fermentation
alcoolique. À partir de ce moment, la concentration en glucose est
devenue suffisamment faible pour que la respiration démarre. Après
une période de transition, une fois le glucose épuisé,
les cellules ont utilisé ensuite l'éthanol comme substrat
de la respiration et ont continué à se multiplier. L'observation
à t = 20 h de cellules pourvues de mitochondries confirme leur
caractère respiratoire.
Bilan
Le tableau du document 4 montre la plus grande efficacité de
la respiration. Pour une même quantité de glucose consommé
(2 g), la biomasse formée par respiration est de 0,6 g contre 0,02
g par fermentation soit 30 fois plus. Ceci est dû notamment au fait
que la fermentation libère un sous produit, l'éthanol (0,46
g), encore riche en énergie potentielle. Toutefois, la respiration
a consommé plus de 1 g d'oxygène gazeux soit 0,75 L ce qui
suppose un milieu bien aéré.
Conclusion
Par ses capacités à vivre en présence ou en absence
d'air, la levure peut exploiter au mieux son milieu. Quand il y a beaucoup
de sucre, elle le consomme rapidement par fermentation et libère
de l'éthanol. Lorsque le sucre est épuisé, elle peut
utiliser l'éthanol comme substrat de la respiration si le milieu
est suffisamment aéré. Toutefois, l’efficacité énergétique
de la respiration est très supérieure à celle de la
fermentation alcoolique.
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