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PARTIE III : Enseignement obligatoire (5 points)
Aspects du fonctionnement des centres nerveux
La myasthénie est une maladie neuromusculaire caractérisée par une faiblesse des muscles
squelettiques. Les patients ont des difficultés par exemple à garder leurs paupières levées.
L'impossibilité de mettre en évidence chez les malades des anomalies de structure de
l'innervation du muscle a conduit les médecins à émettre l'hypothèse d'un mauvais
fonctionnement de la jonction neuromusculaire.
A l'aide des documents ci-dessous, éprouvez l'hypothèse émise et proposez un
mécanisme expliquant la myasthénie.
Document 1.
Organisation de la jonction neuromusculaire ou plaque motrice.
Document 2.
Un nerf moteur est stimulé électriquement. Des électrodes posées sur la peau, au niveau d'un
muscle commandé par ce nerf, permettent d'enregistrer les phénomènes électriques globaux
de ce muscle (électromyogramme) lors de la stimulation du nerf.
On enregistre ces phénomènes électriques sur deux sujets, l'un normal, l'autre atteint de
myasthénie.
Document 3.
L'alpha-bungarotoxine, molécule toxique extraite du venin de serpent, possède la propriété de
se fixer sur les récepteurs à acétylcholine. Son injection à une souris saine entraîne des
symptômes analogues à ceux de la myasthénie. Par autoradiographie, on peut localiser l'alphabungarotoxine radioactive sur la membrane d'une cellule musculaire. La figure donne le
résultat de cette localisation chez un individu sain et chez un individu myasthénique.
Document 4.
A l'aide des électrodes réceptrices 1 et 2, on mesure les potentiels dans la zone postsynaptique
de la jonction neuromusculaire. On mesure ainsi le potentiel postsynaptique au niveau de la
plaque motrice (électrode 1) et le potentiel d'action du muscle responsable de la contraction
(électrode 2).
On réalise cette manipulation sur deux jonctions neuromusculaires, d'un individu sain et d'un
individu myasthénique.
PARTIE III : Enseignement de spécialité (5 points)
Aspects du fonctionnement des centres nerveux
La rétine (couche sensorielle de l'œil) possède des cellules spécialisées dans la perception de
la lumière, les bâtonnets. Exposés à la lumière, les bâtonnets génèrent un potentiel de
récepteur à l'origine de potentiels d'action.
En mettant en relation les informations fournies, expliquez comment des échanges
ioniques au niveau des bâtonnets sont à l'origine d'un potentiel de récepteur.
SCHEMA DU MONTAGE EXPERIMENTAL
Deux méthodes d'exploration électrophysiologique permettent d'étudier le fonctionnement
d'un bâtonnet isolé.
Méthode 1 : Mesure du potentiel transmembranaire.
A l'aide d'une électrode transmembranaire on mesure le potentiel de membrane du bâtonnet.
Méthode 2 : Mesure du courant transmembranaire.
On aspire une partie du bâtonnet dans une micropipette. Cette micropipette est utilisée pour
mesurer directement le courant ionique traversant la membrane de la partie aspirée.
Document 1.
Le bâtonnet comporte deux segments sur lesquels on a pu identifier des canaux ioniques
spécifiques au K+, localisés uniquement au niveau du segment interne de cette cellule et des
canaux ioniques spécifiques au Na+ localisés au niveau du segment externe de cette cellule.
Les méthodes 1 et 2 citées dans le montage expérimental ont permis d'établir les phénomènes
ayant lieu à l'obscurité.
Document 2.
On applique à un bâtonnet deux stimulations lumineuses d'intensité croissante (I1 et I2). On
enregistre son potentiel de membrane (A) et les courants transmembranaires (B) à l'aide des
méthodes 1 et 2.
Document 3.
On étudie l'effet de la concentration externe en Na+, notée [Na+]e, sur le fonctionnement de la
cellule. La concentration externe en Na+est de 115 mM, alors que la concentration interne est
de 30 mM. La méthode 2 permet de modifier la solution en contact avec la cellule. On
diminue ainsi la concentration externe en Na+et on stimule le bâtonnet par la lumière
d'intensité I3.
Document 4.
Un bâtonnet est stimulé par une lumière d'intensité constante. On introduit une portion de
plus en plus longue du bâtonnet dans la micropipette, comme le montre la figure ci-dessous.
On mesure les variations des courants ioniques entrant et sortant en fonction de la longueur de
membrane (d) introduite dans la micropipette.
CORRIGES
PARTIE II : (7 points)
Mécanismes de l'immunité
On cherche à comprendre comment le virus d'immunodéficience humaine (VIH) responsable
du SIDA agit sur le système immunitaire du malade.
 Mettez en relation les informations fournies par les documents pour décrire et
expliquer l'évolution du système immunitaire après une infection par le VIH.
 Proposez une explication au développement de maladies opportunistes chez les
malades atteints du SIDA.
Introduction
Le SIDA (Syndrome d'immunodéficience acquise) est une maladie infectieuse provoquée par
la multiplication dans l'organisme du VIH (virus de l'immunodéficience humaine). Il se
caractérise par l'effondrement des défenses immunitaires conduisant à l'installation de
maladies opportunistes variées. L'effondrement des défenses immunitaires est dû à l'action du
virus sur le système immunitaire que nous expliquerons à partir des informations tirées des
documents.
Question 1
Le document 1 présente l'évolution de trois paramètres lors d'une infection par le VIH : la
charge virale (mesurée par le nombre de particules virales dans le sang) est un marqueur de la
progression de l'infection, la concentration sanguine en anticorps anti-VIH traduit l'intensité
de la réponse immunitaire et le taux sanguin de lymphocytes T (LT) permet de suivre
l'atteinte du système immunitaire car parmi les LT, les T4 (LT4), principale cible et site de
multiplication du VIH, sont indispensables pour qu'ait lieu une réponse immunitaire
spécifique.
L'infection comporte trois phases de durées différentes que l'on peut définir à partir de
l'évolution des paramètres précédents : une phase aiguë, d'une durée d'un an environ, qui suit
immédiatement la contamination par le virus, une phase asymptomatique qui peut durer
plusieurs années (6 ans dans l'exemple présenté) et pendant laquelle les symptômes de la
maladie n'apparaissent pas et enfin une phase de SIDA déclaré au cours de laquelle les
symptômes de la maladie apparaissent et qui se termine par la mort du patient à la suite d'une
maladie opportuniste.
La phase aiguë est marquée par la multiplication rapide du virus, dont la production atteint un
pic en quelques mois, le déclenchement de la production d'anticorps anti-VIH
(séroconversion) montrant que le système immunitaire réagit à la présence du virus et une
légère diminution du nombre de LT.
L'expérience présentée dans le document 2 permet de penser qu'il s'agit de LT4. En effet,
comme le montre ce document, la culture in vitro de LT en présence de VIH se traduit par la
diminution puis la disparition des LT4 sans que les LT8 soient affectés. On en déduit que ce
virus infecte principalement les LT4 ce qui aboutit à leur destruction. Dans ce cas, au cours de
la phase aiguë, la multiplication du virus dans les LT4 en détruit un certain nombre sans
empêcher néanmoins le développement d'une réponse immunitaire à médiation humorale
comme le montre l'augmentation de la concentration en anticorps anti-VIH.
Après la phase aiguë, la concentration en anticorps continue à augmenter jusqu'à atteindre un
plateau qui se maintient plusieurs années. Aussi, au cours de la phase asymptomatique, le
diagnostic peut être établi en détectant cette séropositivité. Toutefois, ces anticorps ne sont
pas neutralisants puisqu'ils n'empêchent pas l'augmentation progressive de la charge virale.
Parallèlement, la concentration en LT4 diminue progressivement ce qui objective la
dégradation du système immunitaire.
Celle-ci s'aggrave au cours de la dernière phase puisque le taux de LT4 continue à chuter
jusqu'à devenir nul et que la concentration en anticorps anti-VIH diminue progressivement.
Ceci est dû à la destruction des LT4 par le virus qui continue à se multiplier. La disparition
totale des LT4 finit par rendre impossible toute réponse immunitaire spécifique privant le
patient de toute protection contre les agents infectieux.
Question 2
Les maladies opportunistes sont des maladies causées par des agents infectieux (virus,
bactéries, champignons, protozoaires) ou des cancers qui n'affectent que rarement les
personnes dont le système immunitaire fonctionne correctement car dans ce cas ils sont
éliminés rapidement. En revanche, chez les immunodéprimés, cette protection disparaît
laissant le champ libre à la multiplication de ces agents et donc au développement des
maladies correspondantes.
Chez les malades atteints de SIDA, le virus, en se multipliant dans les LT4, provoque la
destruction de ces cellules puis finalement leur disparition comme on l'a vu ci-dessus. Or les
LT4 (lymphocytes T porteurs du marqueur CD4) sont qualifiés de lymphocytes auxiliaires car
ils coopèrent, notamment en les stimulant par des cytokines, avec les autres cellules du
système immunitaire pour assurer les réponses spécifiques. Leur destruction aboutit à une
immunodépression qui permet aux maladies opportunistes de se développer.
PARTIE III : Enseignement obligatoire (5 points)
Aspects du fonctionnement des centres nerveux
La myasthénie est une maladie neuromusculaire caractérisée par une faiblesse des muscles
squelettiques. Les patients ont des difficultés par exemple à garder leurs paupières levées.
L'impossibilité de mettre en évidence chez les malades des anomalies de structure de
l'innervation du muscle a conduit les médecins à émettre l'hypothèse d'un mauvais
fonctionnement de la jonction neuromusculaire.
A l'aide des documents ci-dessous, éprouvez l'hypothèse émise et proposez un
mécanisme expliquant la myasthénie.
Introduction
La myasthénie est une maladie de la jonction neuromusculaire qui se traduit par une
fatigabilité excessive des muscles squelettiques. Nous rechercherons les informations
susceptibles de valider l'hypothèse d'un défaut fonctionnel avant de proposer une explication
de son mécanisme en nous fondant pour cela sur les documents proposés.
Validation de l'hypothèse
Document 1
Le document 1 est un cliché de microscopie électronique montrant l'organisation d'une
synapse neuromusculaire normale. On remarque en haut la partie présynaptique de la jonction
qui correspond à la terminaison axonale d'un motoneurone et, plus bas, la partie
postsynaptique représentée par une petite partie de la cellule musculaire. Puisque la maladie
n'est pas liée à un défaut structural, l'aspect de cette jonction doit être identique chez les
myasthéniques.
Un défaut fonctionnel peut être lié soit au neurotransmetteur soit aux récepteurs
correspondants. En effet, lors de la transmission synaptique, le neurotransmetteur
(l'acétylcholine) contenu dans les vésicules synaptiques est libéré par exocytose dans la fente
synaptique lorsqu'un potentiel d'action atteint la terminaison axonale du motoneurone. Après
avoir diffusé dans l'espace synaptique, les molécules d'acétylcholine se lient aux récepteurs de
la membrane postsynaptique ce qui déclenche la dépolarisation de la cellule musculaire
(potentiel postsynaptique excitateur) et la production de potentiels d'action lorsque le seuil est
atteint.
Document 2
La stimulation du nerf moteur conduit à des électromyogrammes (EMG) sensiblement
différents chez le sujet sain et chez le malade. L'EMG A montre que chez le sujet sain la
stimulation aboutit à des réponses électriques successives d'une amplitude pratiquement
constante (environ 5 mV) alors que chez le malade elle aboutit à des réponses électriques dont
l'amplitude diminue progressivement et finit par s'annuler comme si la jonction
neuromusculaire se fatiguait très vite. Cette observation justifie le nom de myasthénie donné à
la maladie et confirme qu'il s'agit d'un défaut de la transmission nerf-muscle puisque les
structures ne sont pas en cause.
Document 4
Les enregistrements effectués chez un sujet sain montrent que les potentiels d'action
musculaires ont pour origine les potentiels postsynaptiques excitateurs (PPSE). Chaque PPSE
atteint la valeur seuil de - 45 mV et déclenche la propagation d'un potentiel d'action. En
revanche, chez un malade, les PPSE ont une amplitude plus faible et certains d'entre eux
n'atteignant pas le seuil, ils ne peuvent donner lieu à un potentiel d'action et donc à la
contraction musculaire. La myasthénie est donc bien une maladie liée à un dysfonctionnement
de la jonction neuromusculaire puisque le muscle se contracte plus difficilement en raison de
PPSE d'amplitude plus faible. L'hypothèse des médecins est donc validée. Quelle est l'origine
de ce dysfonctionnement ?
Document 3
Ce document nous indique que le blocage des récepteurs à acétylcholine par l' bungarotoxine se traduit par des symptômes analogues à ceux de la maladie ce qui est
conforme à l'hypothèse proposée. En outre, les résultats de l'autoradiographie montrent que,
chez les malades, la densité de la membrane postsynaptique en récepteurs à acétylcholine est
très inférieure à celle qui existe chez les personnes non atteintes. Ceci explique pourquoi
l'amplitude des PPSE est plus basse chez les malades que chez les sujets sains et permet
d'expliquer le mécanisme aboutissant aux symptômes.
Conclusion
La myasthénie est une maladie liée à un dysfonctionnement de la transmission synaptique
neuromusculaire. La membrane postsynaptique des cellules musculaires est moins riche en
récepteurs à acétylcholine chez les malades que chez les personnes non atteintes. Aussi,
l'acétylcholine libérée dans la fente synaptique lors de la stimulation du motoneurone n'agit
que sur un nombre réduit de récepteurs ce qui se traduit par des PPSE d'ampleur souvent
insuffisante pour déclencher la naissance d'un potentiel d'action. En conséquence, le muscle
ne se contracte pas comme il le devrait en réponse à la stimulation des motoneurones
correspondants et la nécessité d'une plus grande quantité de neurotransmetteur épuise les
terminaisons présynaptiques.
PARTIE III : Enseignement de spécialité (5 points)
Aspects du fonctionnement des centres nerveux
La rétine (couche sensorielle de l'œil) possède des cellules spécialisées dans la perception de
la lumière, les bâtonnets. Exposés à la lumière, les bâtonnets génèrent un potentiel de
récepteur à l'origine de potentiels d'action.
En mettant en relation les informations fournies, expliquez comment des échanges
ioniques au niveau des bâtonnets sont à l'origine d'un potentiel de récepteur.
Introduction
La transduction des stimulus en messages nerveux par les cellules sensorielles est le point de
départ de la perception. Au niveau de chaque cellule sensorielle, ici les bâtonnets rétiniens, la
transduction repose sur la modulation du potentiel de membrane par des mécanismes
ioniques, principe de base du fonctionnement des cellules nerveuses.
Document 1
En l'absence de stimulus, c'est à dire à l'obscurité, on constate un courant entrant d'ions
sodium (Na+) au niveau du segment externe et un courant sortant d'ions potassium (K+) au
niveau du segment interne. Il y a donc une régionalisation de la membrane du bâtonnet par
rapport aux deux types de canaux spécifiques. Ces canaux restent ouverts à l'obscurité et sont
donc le siège de courants d'obscurité. Le maintien des différences de concentration ionique de
part et d'autre de la membrane est assuré par le transport actif Na+/K+.
Document 2
A l'obscurité, les deux ions sont éloignés de leur potentiel d'équilibre et, avec un potentiel
transmembranaire de - 40 mV, il existe un courant d'obscurité entrant dû au flux entrant de
Na+ au niveau du segment externe.
A la lumière, un potentiel de récepteur apparaît. Il s'agit d'une hyperpolarisation
proportionnelle à l'intensité lumineuse. Elle est due à une diminution du courant entrant.
Comme seuls des canaux Na+ sont présents dans la membrane du segment externe, on peut
penser que la lumière provoque leur fermeture et que seuls les ions Na+ interviennent dans ce
potentiel de récepteur. L'hyperpolarisation rapproche le potentiel membranaire du potentiel
d'équilibre du K+ en l'éloignant de celui du Na+.
Document 3
Lorsque l'on fait varier la concentration en Na+ dans le milieu d'expérience, on constate des
variations concomitantes du courant entrant à l'obscurité et à la lumière. Lorsque la
concentration en Na+ est réduite de moitié (55 mM), on observe une diminution du courant
d'obscurité, effet similaire à celui produit par la lumière lorsque la concentration en Na+ est
égale à 115 mM, concentration physiologique. Cette observation confirme le rôle du sodium
dans les variations du potentiel membranaire induites par la lumière. De plus, le flux de
sodium dépend des différences de concentration entre l'extérieur et l'intérieur du segment
externe.
Document 4
Lorsque seul le segment externe est engagé dans le dispositif, on constate que la somme des
courants ioniques varie proportionnellement à la longueur de la portion de segment externe
engagé. Le courant entrant est donc proportionnel au nombre de canaux Na+ inclus dans la
mesure si leur densité est uniforme à la surface de la membrane. Au contraire, lorsque le
segment interne est engagé lui aussi dans la micropipette, on constate que le courant entrant
diminue, là encore proportionnellement à la longueur de segment engagé. Ceci est dû à la
présence des canaux K+ dans la membrane du segment interne et au courant sortant de K+
qu'ils permettent.
Conclusion
Le potentiel de récepteur des bâtonnets a donc pour origine le freinage du flux
transmembranaire permanent d'ions Na+ au niveau du segment externe sous l'action de la
lumière. La fermeture des canaux Na+ provoquée par la lumière entraîne une
hyperpolarisation de la cellule due à la diminution de l'entrée de Na+. Cette hyperpolarisation
graduable constitue le potentiel de récepteur. C'est le segment interne qui assure la
régénération des concentrations ioniques nécessaires au fonctionnement du système à travers
le transport actif des ions.