Sujet de type IIB : Pratique du raisonnement scientifique
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Lycée E. Delacroix 1ère S Thème 1A Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique S.Dalaine Sujet de type II.2.: Pratique du raisonnement scientifique L'hépatocarcinome, ou cancer du foie : interaction entre génotype et environnement A partir de l’analyse des documents 1 à 5, et de la mise en relation des informations recueillies, discuter de l’origine génétique et/ou environnemental du cancer du foie, hépatocarcinome. Une analyse détaillée de chaque document, et dans l’ordre est attendue. N.B. : afin de compléter l’exploitation du document 3, le tableau du code génétique est mis à votre disposition (p.2). Document 1 : Le phénotype d'un sujet atteint d'un cancer du foie à différentes échelles d’observation. Le corps humain est constitué de plusieurs milliards de cellules toutes issues de la première cellule, la cellule œuf. C'est au cours de multiples divisions cellulaires et de différenciations que se mettent en place les divers organes aux fonctions variées. Continuellement, un certain nombre de cellules disparaissent et sont remplacées par de nouvelles cellules […]. Un dérèglement même minime peut entraîner soit une prolifération soit une diminution cellulaire. Le cancer est le résultat d'une prolifération cellulaire anarchique pouvant aboutir à la mort de l'hôte. Dans le cas du cancer du foie (hépatocarcinome), la masse de cellules cancéreuses au sein du tissu hépatique (= tissu du foie) perd ses relations sociales avec les cellules saines et envahit progressivement les tissus adjacents […]. Les cellules cancéreuses migrent à distance et créent de nouvelles colonies ou métastases (= colonie de cellules cancéreuses). Les cellules cancéreuses in vivo se caractérisent par un nombre important de mitoses (20 à 50 mitoses pour 1000 cellules), et d’assez nombreuses mitoses anormales (cellules géantes ou avec plusieurs noyaux). Une protéine notée p53 retient l'attention dès lors que le gène de la protéine p53 se retrouve altéré dans plus de 50% des cancers. […] Alors que dans les tissus sains, la protéine p53 activée se lie directement à l'ADN, induisant un arrêt de la mitose; dans le tissu cancéreux, cette activité disparaît : la protéine ne se lie plus à l'ADN, la cellule n'est plus bloquée en interphase, les altérations de l'ADN ne sont plus réparées, l'instabilité génétique de la cellule augmente et la cellule prolifère : la cellule devient une cellule maligne*. *maligne : Se dit d'une maladie ou d'une tumeur qui s'aggrave progressivement et qui est susceptible d'entraîner la mort. Document 2 : Approche généalogique d’une famille mettant en évidence les individus atteints d’un cancer du foie Femme ayant eu un cancer du foie Homme ayant eu un cancer du foie I, II, III, … : générations 1, 2, 3… : individus d’une génération donnée Type d’arbre généalogique relativement fréquent en Indonésie, Thaïlande, Qidong (province chinoise) D’après Science, 5 juillet 1991 La Recherche, septembre 1999 Individus ne souffrant pas de cancer du foie Document 3 : Etude de l’allèle codant la protéine P53 entre un individu atteint d’HCC et un individu sain. Séquence du brin codant de l’allèle de la P53 normale (version présente dans le noyau de toutes les cellules de l’individu atteint sauf les cellules hépatiques) Séquence du brin codant de l’allèle anomal de la P53 (version présente uniquement dans le noyau des cellules du foie de l’individu atteint) Document 4 : Données moléculaires sur la structure de la protéine P53 Le logiciel Rasmol permet d’étudier la structure d’une protéine. Les 2 clichés ci-dessous montrent une protéine P53 fonctionnelle et précisent (cliché b) le site de liaison de P53 à l’ADN. Ce site de liaison fait intervenir de nombreux acides aminés de type Arginine, nommés « points chauds ». Molécule d’ADN Protéine P53 Cliché a: Mise en évidence d’un contact entre P53 et l’ADN Mise en évidence du site de liaison de P53 à l’ADN (forme en hélice faisant intervenir des aa Arg) Cliché b : structure de la zone de contact entre P53 et l’ADN 1 Lycée E. Delacroix 1ère S Thème 1A Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique S.Dalaine Document 5 : Données épidémiologiques du cancer du foie : Hépatocarcinome et aflatoxine B1 La mutation associée à l'hépatocarcinome est une mutation somatique* du codon 249 qui n'affecte que les cellules hépatiques dans certaines conditions. * somatique : toutes les cellules diploïdes de l’organisme (donc toutes les cellules sauf les cellules reproductrices). Des études d'épidémiologie effectuées à l'échelon mondial ont permis de montrer que cette mutation au niveau du codon 249 est strictement spécifique des pays dont la nourriture est contaminée par le champignon Aspergillus Flavius qui est responsable de l'excrétion de l'Aflatoxine B1. Cette étude permet de mettre en relation le degré de l'exposition à l'Aflatoxine B1 et la fréquence des mutations au niveau du codon 249 : 60% des mutations concernent le codon 249 dans les régions où la contamination par l'Aflatoxine B1 est élevée (Mozambique, Sénégal et province du Qidong en Chine), 10 à 20% des mutations concernent le codon 249 dans des pays où la contamination par l'Aflatoxine B1 reste modérée (Thaïlande, Taiwan, Mexique et autres provinces de Chine), la mutation du codon 249 est quasi inexistante dans les pays non contaminés par l'Aflatoxine B1 (Europe et Etats Unis). La relation dose-réponse entre le degré de l'exposition à l'Aflatoxine B1 et la fréquence des mutations au niveau du codon 249 est un argument très fort pour établir une relation de cause à effet entre les deux. 2 Lycée E. Delacroix 1ère S Thème 1A Expression, stabilité et variation du patrimoine génétique S.Dalaine NOM : critères Notions attendues Eléments scientifiques issus du document: (complets, pertinents, utilisés à bon escient en accord avec le sujet…) Doc 1 : - cancer = prolifération cellulaire pouvant amener à la mort de l’hôte - cellules cancéreuses = nbre anormalement élevé de mitoses - protéine P53 incriminée, dont fonction est de se lier à ADN empêchant les mitoses barème Doc 2 : arbre généalogique révèle un malade par génération Doc 3 :- mutation codon AGG en AGT - Seules les cellules du foie présentent la version mutée du gène Doc 4 : - liaison entre P53 et ADN fait intervenir des aa arg - contact protéine P53 et ADN doc 5 :- mutation somatique du codon 249 - agent chimique (aflatoxine) induit la mutation Eléments scientifiques issus des connaissances acquises Doc 1 : - phénotype macroscopique - phénotype cellulaire - phénotype moléculaire ; or protéine codée par un gène => il s’agit probablement d’une mutation génétique à l’origine du cancer Doc 2 :- transmission d’allèles d’une génération à l’autre => on suppose que le cancer du foie est d’origine génétique Doc 3 : - AGG code pour Arg et AGU code pour ser => la protéine est donc modifiée - la maladie n’est donc pas génétique, au sens héréditaire, car toutes les cellules ne sont pas porteuses de l’allèle muté… Doc 4 : - or d’après doc 3, protéine anormale a perdu arg => elle ne se lie plus à ADN - d’après doc 1, ce contact permet à P53 de contrôler les mitoses. Si p53 ne se lie pas à l’ADN => mitoses nbreuses et anarchiques => cancer doc 5 : - or 747/3= 249… ! donc mutation du doc 3 est bien celle responsable de la maladie. Elle n’est pas héréditaire (pas germinale) mais somatique - confirme le caractère environnemental et non génétique de ce cancer Eléments de démarche (L’élève présente la démarche qu’il a choisie pour répondre à la problématique, dans un texte soigné (orthographe, syntaxe), cohérent (structuré par des connecteurs logiques), et mettant clairement en évidence les relations entre les divers arguments utilisés.) Analyse rigoureuse des documents, mise en relation avec les connaissances de l’élève et les connaissances apportées par les documents 4 2 0 Bilan : échelle moléculaire : agent chimique => mutation du gène codant P53 des cellules hépatiques => protéine P53 sans arg => pas de fixation à ADN => Echelle cellulaire : pas de contrôle de la mitose des cellules hépatiques => Echelle macroscopique : cancer du foie puis transmission de cette anomalie d’autres organes => cancer généralisé => mort 4 2 0 Cln : cancer du foie est majoritairement d’origine environnementale TOTAL /28 3
