biologie_fr_2011-2 - Ecole Européenne de Strasbourg

BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011
BIOLOGIE
DATE : 15 juin 2011
DURÉE DE L'EXAMEN :
3 heures (180 minutes)
MATÉRIEL AUTORISÉ :
Calculatrice non graphique et non programmable
REMARQUES :
 Indiquer les 3 questions choisies (1 question P, 1 question G et 1 question
E) en marquant d’une croix les cases appropriées sur le formulaire fourni.
 Utiliser des feuilles d’examen différentes pour chaque question.
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FR
BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011 : BIOLOGIE
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Question P1
Barème
a)
La figure 1 montre le flux de deux substances (A et B) à travers la
membrane cellulaire. L’addition d’un poison respiratoire empêchant la
synthèse d’ATP n’a pas d’effet sur le mouvement de ces substances.
Figure 1
i. Schématiser et légender le modèle de la mosaïque fluide d’une
membrane plasmique.
ii. Déterminer pour chaque substance (A et B) le type de mouvement à
travers la membrane plasmique. Utiliser les données de la figure 1 pour
justifier la réponse dans chaque cas.
iii. Pour la substance B et pour une différence de concentrations initiale
donnée, on constate, après un certain temps, que les concentrations de
part et d’autre de la membrane plasmique s’équilibrent. Expliquer ce
résultat.
iv. Expliquer comment l’addition d’un poison respiratoire pourrait affecter le
transport d’autres substances à travers la membrane plasmique.
b)
La figure 2 montre les résultats de deux cultures de levures dans deux
milieux différents.
Figure 2
Masse de glucose
consommé
Masse de levures
produite
Présence d’éthanol
Milieu 1
Milieu aérobie
Solution à 10% de glucose
Milieu 2
Milieu anaérobie
Solution à 10% de glucose
15,0 g
45,0 g
3,75 g
0,45 g
Non
Oui
2/19
5
4
2
3
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Question P1
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Barème
c)
i. Ecrire l’équation bilan des réactions se déroulant dans chaque milieu en
précisant la quantité d’ATP produite.
ii. Comparer et expliquer les résultats fournis par la figure 2.
5
iii. Expliquer comment la glycolyse est entretenue dans le milieu 2.
4
iv. On observe au microscope électronique une cellule de chaque culture.
En justifiant la réponse, présenter une différence entre les levures des
deux milieux.
2
4
La figure 3 présente plusieurs composants d’un thylacoïde.
Figure 3
i. En utilisant la figure 3, déterminer précisément au niveau de quel(s)
composant(s) du thylacoïde se déroule chacun des phénomènes suivants:
- la photolyse de l’eau
- l’absorption de lumière de longueur d’onde 680 nm.
2
ii. Un gradient de protons et un complexe d’ATPsynthase sont impliqués
dans la photophosphorylation. Expliquer leur rôle.
3
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BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011 : BIOLOGIE
Question P1
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Barème
d)
La figure 4 montre l’intensité de la photosynthèse pour des plants de tomates
exposés à différentes conditions environnementales.
Figure 4
i. Analyser et interpréter les résultats obtenus dans les conditions A et B.
4
ii. Expliquer la différence de résultats obtenus dans les conditions B et C.
2
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BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011 : BIOLOGIE
Question P2
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Barème
a)
La figure 1 est un schéma illustrant une cellule pariétale de l’estomac et le
phénomène biochimique de la sécrétion d’HCI. Cette sécrétion repose
principalement sur le fonctionnement d'une ATPase localisée dans la
membrane plasmique de la cellule.
Figure 1
La figure 2 présente un schéma de l’ultrastructure de ces cellules pariétales,
dans des conditions physiologiques différentes :
- au repos
- en activité
Figure 2
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BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011 : BIOLOGIE
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Question P2
Barème
b)
i. Nommer les molécules A, B et C (figure 1).
3
ii. Nommer les types de transports transmembranaires pour les ions Cl- et H+
présentés dans la figure 1 et justifier la réponse.
4
iii. Expliquer le principe de ces deux types de transport.
4
iv. Proposer une explication au nombre différent de mitochondries dans une
cellule pariétale au repos et dans une cellule pariétale active (figure 2).
2
v. Réaliser un schéma légendé de l’ultrastructure d’une mitochondrie.
4
vi. Nommer les deux grandes étapes de la respiration qui se déroulent à
l’intérieur d’une mitochondrie et préciser les produits finaux de chaque
étape.
4
On isole des mitochondries par centrifugation pour les placer ensuite dans un
milieu hermétiquement fermé contenant une solution isotonique riche en O2.
On injecte ensuite à différents moments des substances diverses (ADP + Pi,
glucose, pyruvate, cyanure) dans le milieu et on mesure en continu les
concentrations en O2 et en ATP. Les graphiques des figures 3 et 4 montrent
l’évolution des concentrations d’O2 et d’ATP en fonction du temps.
Figure 3
T1 : ajout de glucose
T2 : ajout de pyruvate
T3 : ajout d’ADP + Pi
T4 : ajout de cyanure
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Question P2
Barème
Figure 4
T1 : ajout de glucose
T2 : ajout de pyruvate
T3 : ajout d’ADP + Pi
T4 : ajout de cyanure
i. Utiliser les informations fournies par les figures 3 et 4 pour expliquer les
résultats obtenus entre:
- T0 et T2;
- T2 et T3 ;
- T3 et T4 .
ii. Le cyanure est un poison de la respiration. Préciser quelle sera l’évolution
des concentrations en O2 et en ATP après avoir ajouté, au temps T4, le
cyanure dans le milieu. Justifier la réponse en se référant à la théorie
chimiosmotique.
iii. Expliquer pourquoi les mitochondries ont été placées dans une solution
isotonique au début de l’expérience.
c)
3
5
2
La figure 5 présente certaines étapes biochimiques de la réduction du CO2 au
cours de la photosynthèse.
On fournit en continu du CO2 marqué radioactivement (14C) à une culture
d’algues vertes : des chlorelles. On mesure au cours du temps la
concentration (mesurée par leur radioactivité) du PhosphoGlycérate (PGA) et
du Ribulose bi Phosphate (RuBP) formés à la lumière puis à l’obscurité. Les
résultats de l’expérience sont présentés dans la figure 6.
i. Nommer le cycle décrit dans la figure 5 et localiser précisément ce cycle
dans la cellule végétale.
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2
BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011 : BIOLOGIE
Question P2
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Barème
Figure 5
RuBP = Ribulose biPhosphate
PGA = PhosphoGlycérate
BPGA = DiphosphoGlycérate
PGAL = PhosphoGlycéraldéhyde
RuP = Ribulose Phosphate
Concentration en RuBP et PGA
(unités arbitraires)
Figure 6
PGA
RuBP
ii. Analyser les résultats expérimentaux présentés dans la figure 6 et les
expliquer à l’aide des informations fournies par la figure 5.
4
iii. Présenter les résultats que l’on obtiendrait si on répétait cette expérience
en éclairant en permanence la culture et en la privant de CO2.
Justifier la réponse.
3
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Question G1
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Barème
a)
La figure 1 montre une cellule caliciforme. Les cellules caliciformes présentes
dans la paroi de l’intestin secrètent un type de mucus contenant une
glycoprotéine, la mucine.
Figure 1
Afin de déterminer les étapes de la synthèse de cette glycoprotéine dans les
cellules caliciformes, on a injecté de la leucine marquée radioactivement à des
rats et le trajet de cette substance a été suivi par autoradiographie. La figure 2
montre l’évolution du taux de radioactivité dans les différentes structures
cellulaires 1,2 et 3 au cours du temps, après injection.
Figure 2
i. Nommer les structures 1, 2, 3 impliquées dans la synthèse de la mucine.
3
ii. Analyser et interpréter les résultats présentés dans la figure 2.
6
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BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011 : BIOLOGIE
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Question G1
Barème
b)
La figure 3 présente des informations concernant la synthèse de la mucine.
La figure 4 présente le code génétique.
Figure 3
Brin d’ADN non transcrit
Brin transcrit d’ADN
GGC
GAC
ARNm
AAA
ARNt
UCC
Acide aminé
Trp
i. Recopier et compléter le tableau (figure 3) en utilisant la figure 4.
5
ii. Nommer les deux principaux mécanismes impliqués dans la synthèse des
protéines.
2
Figure 4
U
C
A
G
U
C
A
G
Phe
Phe
Leu
Leu
Leu
Leu
Leu
Leu
Ile
Ile
Ile
Met (START)
Val
Val
Val
Val
Ser
Ser
Ser
Ser
Pro
Pro
Pro
Pro
Thr
Thr
Thr
Thr
Ala
Ala
Ala
Ala
Tyr
Tyr
STOP
STOP
His
His
Gln
Gln
Asn
Asn
Lys
Lys
Asp
Asp
Glu
Glu
Cys
Cys
STOP
Trp
Arg
Arg
Arg
Arg
Ser
Ser
Arg
Arg
Gly
Gly
Gly
Gly
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U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011 : BIOLOGIE
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Question G1
Barème
c)
On étudie la transmission de deux gènes lors de croisements entre différents
plants de tomates. Un gène détermine la couleur de la tige alors que l’autre
gène détermine la forme du bord de la feuille. La tige peut être de couleur verte
ou pourpre et le bord de la feuille peut être découpé ou intacte. Les gènes en
question sont situés sur différents chromosomes. Les résultats des croisements
sont présents dans la figure 5.
Figure 5
a.
b.
Croisements
c.
d)
d.
e.
pourpre, découpée
x
verte, découpée
pourpre, découpée
x
pourpre, intacte
pourpre, découpée
x
verte, découpée
pourpre, découpée
x
verte, intacte
pourpre, intacte
x
verte, découpée
Nombre de plants obtenus
pourpre,
découpée
pourpre,
intacte
verte,
découpée
verte,
intacte
321
101
310
107
219
207
64
71
722
231
0
0
404
0
387
0
70
89
86
77
i. En utilisant les informations de la figure 5, déterminer l’allèle dominant et
récessif pour chacun des deux gènes. Justifier la réponse.
4
ii. Déterminer les génotypes des parents et de la descendance pour chacun
des croisements a, b, c, d et e.
10
La figure 6 montre les chromosomes d’une cellule somatique dans laquelle une
mutation s’est produite. Les chromosomes d’origine paternelle sont numérotés
3, 5 et 7, ceux d’origine maternelle sont numérotés 1, 2, 4 et 6.
Cette cellule appartient à une espèce parmi celles présentées dans la figure 7.
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BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011 : BIOLOGIE
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Question G1
Barème
Figure 6
Figure 7
Nombre de chromosomes (2n)
54
6
12
Espèces
Escargot de jardin
Moucheron
Moustique anophèle
i. Déterminer la nature de la mutation en utilisant les informations des
figures 6 et 7 et préciser l’espèce concernée. Justifier les réponses.
3
ii. Déterminer le nombre de chromosomes d’un gamète normal produit par
cette espèce. Justifier.
2
iii. Déterminer si la mutation a eu lieu lors de l’ovogenèse ou lors de la
spermatogenèse.
Décrire le phénomène à l’origine de la mutation en présentant la réponse
sous forme de schémas.
5
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BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011 : BIOLOGIE
Question G2
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Barème
a)
b)
L’enroulement de la langue et le daltonisme sont, pour l’espèce humaine, deux
caractères génétiquement contrôlés.
La capacité d’enrouler la langue est déterminée par un allèle autosomal
dominant T. Le daltonisme est un caractère contrôlé par un gène lié au
chromosome X. La vision normale est contrôlée par l’allèle dominant D.
Dans un couple, la mère est daltonienne et hétérozygote pour l’enroulement
de la langue et le père a une vision normale et ne peut pas enrouler sa langue.
i. Indiquer les génotypes des parents.
2
ii. Indiquer les génotypes possibles de leurs enfants dans un échiquier de
croisement.
4
iii. Préciser les phénotypes possibles de leurs enfants.
2
iv. Expliquer pourquoi le daltonisme affecte plus souvent les hommes que les
femmes.
2
La maladie de Tay-Sachs est une maladie héréditaire peu fréquente. Elle
provoque une dégénérescence des cellules nerveuses.
La figure 1 présente l’arbre généalogique d’une famille affectée par la
maladie.
Figure 1
i. Déterminer le mode de transmission de cette maladie en justifiant la
réponse.
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BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011 : BIOLOGIE
Question G2
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Barème
c)
La femme notée 6 sur la figure 1 a sollicité un conseil génétique pour savoir si
cette maladie pourrait affecter ses futurs enfants. On ne connaît pas de cas de
cette maladie dans la famille de son mari.
On a réalisé une électrophorèse de fragments de restriction d’ADN des
individus 1 à 7 pour déterminer le risque possible que certains des
descendants du couple 6 et 7 soient affectés par la maladie.
Les résultats de l’électrophorèse sont présentés dans la figure 2.
Figure 2
d)
i. Expliquer le principe de l’électrophorèse de l’ADN.
4
ii. Exploiter les résultats de la figure 2 pour présenter la réponse du conseil
génétique.
6
Des bactéries sont cultivées dans un milieu de culture avec glucose et sans
lactose. On observe que ces bactéries ne produisent pas de β-galactosidase,
l’enzyme qui catalyse l’hydrolyse du lactose en glucose et en galactose.
À l’instant T0, on transfert les bactéries dans un milieu contenant du lactose.
On mesure alors l’activité de la β-galactosidase par l’hydrolyse du lactose.
Les résultats sont présentés dans le graphique de la figure 3.
Figure 3
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BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011 : BIOLOGIE
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Question G2
Barème
e)
i. Décrire et expliquer les résultats présentés dans la figure 3 entre T0 et T1.
3
ii. Décrire et expliquer l’évolution de l’activité de la β-galactosidase selon le
modèle de régulation de Jacob et Monod entre T1 et T2.
5
i. La séquence suivante est le fragment d’ADN transcrit lors de la synthèse
d’une protéine :
…TACCTCACGGATTCTTAA…
Indiquer la séquence d’acides aminés à l’aide du code génétique présenté
dans la figure 4 en présentant la démarche.
4
Figure 4
U
C
A
G
U
C
A
G
Phe
Phe
Leu
Leu
Leu
Leu
Leu
Leu
Ile
Ile
Ile
Met
(START)
Val
Val
Val
Val
Ser
Ser
Ser
Ser
Pro
Pro
Pro
Pro
Thr
Thr
Thr
Thr
Tyr
Tyr
STOP
STOP
His
His
Gln
Gln
Asn
Asn
Lys
Lys
Cys
Cys
STOP
Trp
Arg
Arg
Arg
Arg
Ser
Ser
Arg
Arg
U
C
A
G
U
C
A
G
U
C
A
G
Ala
Ala
Ala
Ala
Asp
Asp
Glu
Glu
Gly
Gly
Gly
Gly
U
C
A
G
ii. La séquence suivante résulte d’une mutation :
…TACCTCACTGATTCTTAA…
Préciser le type de cette mutation et déterminer ses conséquences.
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3
BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011 : BIOLOGIE
Question E1
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Barème
a)
Sur les îles Hawaii, il existe 34 espèces différentes de la sous-famille des
Drépanidinés. La figure 1 montre quelques espèces de cette sous-famille.
Ces espèces sont probablement issues d’une seule espèce ancestrale et ont
colonisé toutes les îles de l’archipel hawaïen.
Figure 1
1. Loxops maculata : insectivore ; son bec ressemble
probablement à celui de la forme d’origine.
2. Hemignathus wilsoni : il occupe la même niche
écologique que les Pies.
3. Westiaria coccinea : il boit du nectar et se nourrit
parfois d’insectes.
4. Psittirostra psittacea : il se nourrit de fleurs et de baies
et parfois de chenilles.
5. Hemignathus procerus : il boit du nectar et possède
une langue en forme de tube. Il enlève de petits insectes
de l’écorce des arbres.
6. Psittirostra cona : il mange des graines dures.
i. Expliquer, selon la théorie synthétique de l’évolution, comment à partir
d’une espèce ancestrale se sont formées ces différentes espèces.
ii. La figure 2 montre un arbre phylogénétique des Drépanidinés de la figure
1. Copier cet arbre et insérer les espèces 2 à 6. Justifier la réponse par
des arguments anatomiques, écologiques et taxonomiques.
Figure 2
16/19
5
5
BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011 : BIOLOGIE
Question E1
Page 2/2
Barème
b)
c)
Le Martinet noir et l’Hirondelle rustique d’une part et le Colibri et la Souïmanga
malachite d’autre part présentent de nombreuses ressemblances par l’aspect
et le mode de vie.
Les liens de parenté phylogénétiques sont cependant différents :
- le Martinet noir et le Colibri appartiennent à l’ordre des Apodiformes ;
- l’Hirondelle rustique et la Souïmanga malachite appartiennent à l’ordre des
Passeriformes.
i. Expliquer l’origine des ressemblances entre le Colibri et la Souïmanga
malachite. Nommer le processus à l’origine de ces ressemblances.
3
ii. Présenter deux méthodes permettant d’établir avec certitude les liens de
parenté phylogénétiques de ces espèces.
4
L’aile de l’oiseau et la nageoire de la baleine sont homologues.
i. Expliquer la notion d’homologie.
1
ii. Justifier, par deux critères, l’homologie entre l’aile de l’oiseau et la
nageoire de la baleine.
2
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BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011 : BIOLOGIE
Question E2
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Barème
a)
Chez les mammifères, l’hémoglobine est composée de quatre chaînes
polypeptidiques, deux chaînes α identiques et deux chaînes β identiques. Les
séquences d’acides aminés de ces deux types de chaînes ont été
déterminées chez de nombreux mammifères. La figure 1 présente la
séquence de 15 acides aminés de la chaîne α de 4 primates différents : un
Chimpanzé, un Gorille, un Homme et un Orang outan.
Figure 1
Primates
Chimpanzé
Gorille
Homme
Orang outan
b)
Séquences d’acides aminés
…lys-ala-ala-trp-gly-lys-val-gly-ala-his-ala-gly-glu-tyr-gly…
…lys-ala-ala-trp-gly-lys-val-gly-ala-his-ala-gly-asp-tyr-gly…
…lys-ala-ala-trp-gly-lys-val-gly-ala-his-ala-gly-glu-tyr-gly…
…lys-thr-ala-trp-gly-lys-val-gly-ala-his-ala-gly-asp-tyr-gly…
i. Présenter dans un tableau le nombre de différences entre les séquences
d’acides aminés de ces quatre primates.
2
ii. Etablir les relations de parenté entre ces quatre espèces et présenter ces
relations sous la forme d’un arbre phylogénétique.
2
iii. Expliquer l’intérêt de comparer des séquences de nucléotides plutôt que
des séquences d’acides aminés pour établir des liens de parenté entre
espèces différentes.
3
Les résultats d’un test de précipitation à partir de sérums provenant des
différents primates sont donnés dans la figure 2.
Figure 2
Primates
Chimpanzé
Gorille
Homme
Orang outan
Pourcentage de précipitation
85
64
100
42
i. Déterminer les relations phylogénétiques que les données de la figure 2
suggèrent et comparer ces relations avec celles établies dans la question
a) ii. Conclure.
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BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2011 : BIOLOGIE
Question E2
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Barème
c)
d)
i. Présenter trois caractères anatomiques des fossiles permettant d’établir
des liens de parenté dans la lignée humaine.
3
ii. Indiquer un inconvénient à l’utilisation des fossiles pour mettre en
évidence l’évolution de la lignée humaine.
1
Les populations de langoustines en Amérique centrale ont divergé en
plusieurs espèces distinctes par un mécanisme de spéciation allopatrique.
i. Expliquer l’expression “spéciation allopatrique”.
3
ii. Quelques langoustines possèdent de grosses pinces impliquées dans la
communication ainsi que dans la capture des proies. Plus les pinces sont
grosses, plus les proies capturées le sont. Expliquer l’évolution de la taille
des pinces selon la théorie développée par Darwin.
2
iii. Montrer comment la théorie synthétique de l’évolution a permis d’enrichir
l’explication darwinienne.
2
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