CONSOMMATION DE LA MATIÈRE ORGANIQUE ET FLUX D’ENERGIE EXAMENS NATIONAUX UNITÉ 1 : Exo 1 : PC session normale 2009 1. Parmi les substances utilisées dans le dopage certains sportifs spécialisés dans les longues distances, comme le marathon, utilisent une substance appelée EPO. Afin de montrer comment cette substance améliore les performances de ces sportifs, on propose les données suivantes : 2. Le muscle squelettique comprend deux types de fibres musculaires, le nombre de chaque type est différent selon la spécialité du sportif. La figure (a) du document 1, présente quelques caractéristiques des fibres dominantes chez les coureurs de longues distances (les fibres 1) et chez ceux de vitesse (les fibres 2). La figure (b) du document 1 montre le rôle des enzymes musculaires LDH et MDH. Les fibres dominantes chez les coureurs de longues distances (fibres 2) Les fibres dominantes chez les coureurs de vitesse (fibres 2) Moyenne du nombre des capillaires entourant les fibres Forte Faible Concentration de l'enzyme LDH Faible Forte Concentration de l'enzyme MDH Forte Faible Les caractéristiques des fibres Nombre des mitochondries Grand SVT/PC BIOF En exploitant les données du document 1 : a. Déterminez le rôle de chacun des enzymes musculaires LDH et MDH en précisant l‘endroit où ils agissent dans la cellule. b. Déduisez la nature des réactions productrices d’énergie chez les coureurs des longues distances et chez les coureurs de vitesse. En se basant sur les données du document 2 et sur les données précédentes, expliquez comment la substance EPO agit sur les performances des coureurs de longues distances. Exo 2 : PC session rattrapage 2009 L'utilisation de certains antibiotiques, comme l'oligomycine, provoque une fatigue musculaire chez la personne traitée. Afin de comprendre la cause de cette fatigue générale on propose l'exploitation des données expérimentales suivantes : Expérience 1 : Un muscle de la cuisse d'une grenouille est placé dans un milieu expérimental approprié, puis injecté d'une quantité importante d'oligomycine. Le muscle est ensuite excité. Le tableau du document 1 présente le dosage de I'ATP dans le muscle avant et après l'excitation. Résultat du dosage en mg/g (mg d'ATP dans chaque g de muscle frais) Avant la Après la contraction contraction Etat du muscle La substance dosée Muscle non injecté par l'oligomycine ATP 1,35 1,35 Muscle injecté par une quantité importante d'oligomycine ATP 1,35 0 Petit Figure (a) Réponse du muscle à excitation Le muscle reste contracté au cours de l'excitation Le muscle cesse de se contracter malgré son excitation Document 1 Figure (b) Expérience 2 : après la préparation d'un milieu approprié contenant de l'acide pyruvique et du dioxygène, on y ajoute successivement : Document 1 Le document 2 présente un cas d'utilisation de la substance EPO dans le domaine médical. - Dans le cadre du traitement des personnes atteintes par l’hépatite, le médecin conseille le patient de prendre la ribavirine. Cette substance cause des effets secondaires parmi lesquels l'anémie due à une diminution du nombre des globules rouges. Pour éviter cet effet secondaire le patient prend la substance EPO à côté de la ribavirine. Document 2 Pr. MOHAMMED ELMEKNASSIA Au temps t1, des mitochondries ; Au temps t2, une quantité importante d'ADP et de Pi. Au temps t3, une quantité importante d'oligomycine, peu de temps après t2. Le document 2 présente les résultats du dosage du dioxygène dans ce milieu en fonction du temps. 1 2020/2021 EXAMENS NATIONAUX UNITÉ 1 : 1. CONSOMMATION DE LA MATIÈRE ORGANIQUE ET FLUX D’ENERGIE En se basant sur l'analyse des résultats du document 2 et sur vos connaissances, proposez une hypothèse expliquant l'effet de l'oligomycine dans l'expérience 1. SVT/PC BIOF Le document 2 résume deux voies métaboliques de dégradation du glucose au niveau de la cellule musculaire. Document 2 Expérience 3 : pour déterminer le lieu d'action de l'oligomycine au niveau de la mitochondrie, on isole des mitochondries par la technique de centrifugation et on les traite par des ultrasons, qui permettent la formation de vésicules garnies par des sphères pédonculées sur leurs faces externes. Une partie de ces vésicules a subi par la suite un traitement qui enlève les sphères pédonculées. Ensuite les deux types de sphères sont placés dans un milieu expérimentale Contenant du dioxygène, des composés réduits RH2 (transporteur d'hydrogène) et de l’ADP et Pi, Le tableau du document 3 expose les résultats de l'expérience. Document 3 Les paramètres mesurés 2. Le milieu expérimental contient des vésicules à sphères pédonculées En absence En présence d'oligomycine d'oligomycine Le milieu expérimental contient des vésicules sans sphères pédonculées Document 1 Réoxydation de RH2 Oui Oui Oui Production d'ATP Oui Non Non Le tableau du document 3 présente quelques caractéristiques des cellules musculaires A et B. Caractéristiques En se basant sur les résultats de l’expérience : a. Précisez le site d'action de I ‘oligomycine. Justifiez votre réponse. b. Proposez, en justifiant votre réponse, une explication de la cause de la fatigue musculaire suite à l'utilisation d'une quantité importante d'oligomycine. Exo 3 : SVT session normale 2009 On remarque que l'athlète spécialisé en courses de longues distances ne peut pas réaliser de grandes performances dans les courses de vitesse et vice-versa. Pour expliquer cette différence on propose les données suivantes : Cellules de type A Cellules de type B Quantité de myoglobine (protéine fixant le dioxygène) Forte Faible Quantité de glycogène Forte Forte Quantité de l'enzyme F Faible Forte Quantité de l'enzyme E Forte Faible Nombre important dans les cellules des athlètes de longues distances Nombre important dans les cellules des athlètes de vitesse Nombre de cellules selon le type de muscle Document 3 Dans le muscle strié squelettique, on distingue deux types de fibres musculaires (cellules musculaires) : des fibres de type A et des fibres de type B. La figure (a) du document 1 présente le schéma de l'observation microscopique d'une coupe transversale au niveau d'un muscle strié squelettique et la figure (b), du même document, montre le grossissement d'une partie des cellules A et B. Pr. MOHAMMED ELMEKNASSIA Document 2 1. 2. 3. 2 A partir du document 1, déterminez les caractéristiques des cellules musculaires de type A et celles des cellules de type B. A partir du document 2, déterminez les caractéristiques des deux voies métaboliques de dégradation du glucose au niveau des cellules musculaires. En se basant sur les données des documents 1,2 et 3, expliquez les différences observées dans les performances entre les athlètes de vitesse et ceux de longues distances. 2020/2021 EXAMENS NATIONAUX UNITÉ 1 : CONSOMMATION DE LA MATIÈRE ORGANIQUE ET FLUX D’ENERGIE SVT/PC BIOF Exo 4 : SVT session rattrapage 2009 L'utilisation de certains antibiotiques cause des effets secondaires telle que la sensation de fatigue suite à la production insuffisante de l'énergie nécessaire aux différents mouvements musculaires. Afin d'expliquer ce phénomène, on présente les données suivantes : • Le tableau du document 1 présente les résultats du dosage de quelques composés organiques dans un muscle frais de grenouille, avant et après la contraction, et ceci dans le cas normal et dans le cas où le muscle est injecté par une quantité importante d'oligomycine. Avant contraction Document 1 1er cas : expérience témoin (cas normal) 2ème cas : après l'injection d'une quantité importante d'oligomycine la Après contraction Glycogène en (mg dans 1.08 chaque g de muscle frais) 1,08 0,8 ATP (en unités arbitraires) 1,35 1,35 la Conditions expérimentales Vésicules mitochondriales portant des sphères pédonculées. Vésicules mitochondriales sans sphères pédonculées. Vésicules mitochondriales sans sphères pédonculées. On ajoute des sphères isolées au milieu. Réponse du muscle : le muscle se contracte pendant toute la durée de l'excitation Glycogène en (mg dans chaque g de 1,08 1,08 muscle frais) ATP (en unités arbitraires) 1,35 Résultats Synthèse d'ATP et réoxydation des composés RH2 Pas de synthèse d'ATP mais réoxydation des composés RH2 Synthèse d'ATP et réoxydation des composés RH2 Figure B Document 2 VB : en absence de composés réduits RH2 il n'y a pas de synthèse d'ATP. 0 Réponse du muscle : le muscle arrête de se contracter malgré son excitation 2. En se basant sur les figures du document 2 et sur vos connaissances, écrivez les principales réactions qui se déroulent au cours de la synthèse d'ATP dans ce milieu expérimental. La figure (a) du document 3 résume le mécanisme qui conduit à la synthèse d'ATP au niveau de la membrane interne mitochondriale. La figure (b) du même document présente le mode J'action de l'oligomycine au cours de ce mécanisme. 1. En utilisant les données du document 1, expliquez les résultats obtenus dans les cas 1 et 2. • Pour mettre en évidence le mécanisme responsable de la production d'ATP nécessaire à la contraction musculaire, une expérience est réalisée sur des vésicules mitochondriales. Le document 2 résume les conditions et les résultats de cette expérience. Le traitement des mitochondries par les ultrasons conduit à leur éclatement et à la formation de vésicules fermées portant des sphères pédonculées en contact avec un milieu expérimental contenant l'oxygène, des transporteurs réduits RH2 et de l'ADP + Pi. Le pH du milieu expérimental est supérieur au DH interne des vésicules. Des études ont montré que l'oligomycine se fixe sur le canal qui permet le passage des protons H+ au niveau des sphères pédonculées, ce qui entrave le passage de ces protons vers la matrice. Figure (a) Figure (b) Document 3 Pr. MOHAMMED ELMEKNASSIA 3 2020/2021 EXAMENS NATIONAUX UNITÉ 1 : 3. CONSOMMATION DE LA MATIÈRE ORGANIQUE ET FLUX D’ENERGIE En considérant votre réponse à la question 2 et en exploitant les données du document 3 et vos connaissances, montrez comment l'oligomycine ne permet pas le renouvellement de l'ATP et bloque les réactions de transformation du glycogène au niveau de la cellule musculaire et par la suite cause la sensation de fatigue. 1. SVT/PC BIOF En exploitant les données des documents 1 et 2, déterminez la voie métabolique utilisée par chacune des souches A et B. Le document 3 résume les actions essentielles de deux voies métaboliques de production d'énergie. Document 3 Exo 5 : SVT session rattrapage 2010 La levure est un être vivant unicellulaire qui peut vivre normalement si on le cultive dans un milieu approprié. Après la culture de deux souches de levure A et B, on a remarqué que les cellules de la souche A se multiplient plus rapidement que les cellules de la souche B. Pour expliquer la différence observée on présente les données suivantes : Les souches A et B sont cultivées dans deux milieux de culture contenant une quantité suffisante d'oxygène et de glucose. Le document 1 présente l'évolution de la concentration 'oxygène (O2) et de la concentration du dioxyde de carbone (CO2) dans le milieu de culture pour chaque souche de levure. Il faut noter que la concentration du glucose a diminué dans s deux milieux à la fin de l'expérience. 2. En exploitant les données du document 3 et les données précédentes, expliquez la différence observée en ce qui concerne la vitesse de croissance entre les souches de levure A et B. Exo 6 : PC session normale 2010 I- L'activité musculaire exige la présence continue des molécules d'ATP qui approvisionnent la cellule musculaire en énergie nécessaire à sa contraction. Afin de déterminer les voies de régénération de ces molécules dans la cellule musculaire, on propose les données suivantes : Document 1 Le document 2 présente les schémas de deux cellules de levure observées par microscope électronique. La figure (a) est une cellule de la souche A, la figure (b) est une cellule de la souche B. • Le document 1 présente la concentration d'ATP dans le muscle, et la quantité d’énergie équivalente, ainsi que la consommation d’énergie au cours d'un effort musculaire chez une personne qui pèse 70Kg. Document 2 Document 2 Pr. MOHAMMED ELMEKNASSIA Concentration d'ATP dans les muscles (en mmol) Quantité d'énergie équivalente à cette concentration (Kj) Quantité d'énergie consommée au cours de l'effort musculaire (Kj) De 120 à 180 De 5,1 à 7,5 35 Document 1 4 2020/2021 EXAMENS NATIONAUX UNITÉ 1 : 1. CONSOMMATION DE LA MATIÈRE ORGANIQUE ET FLUX D’ENERGIE SVT/PC BIOF En exploitant les données du document 1, montrez l'importance d'un renouvellement continu des molécules d'ATP dans les muscles. • La figure (a) du document 2 montre l'évolution de l'acide lactique, de la phosphocréatine et des molécules d'ATP, au cours d'une course de 100m. La figure (b) du même document montre l'évolution de la consommation du dioxygène au cours d'un effort musculaire de longue durée. 2. Document 3 Décrivez les résultats des mesures représentés dans les figues du document 2 et déduisez les voies métaboliques intervenants dans la régénération d'ATP. Document 2 II- les mitochondries jouent un rôle essentiel dans la synthèse d'ATP au niveau de la cellule. Afin de déterminer les conditions de production d'ATP dans ces organites, on présente les données suivantes : Document 4 3. Expérience 1 : on a préparé une suspension de mitochondries riche en composés réduits FADH2, et NADH+H+ mais sans oxygène. La figure (a) du document 3 présente l'évolution de la concentration de H+ et de la production d'ATP dans ce milieu, et ceci dans les conditions suivantes : au temps t1 une solution riche en oxygène est ajoutée au milieu, au temps t2 une substance FCCP est ajoutée au milieu. Cette substance s'intègre dans la membrane interne mitochondriale et le rend perméable aux protons H+. Exo 7 : PC session rattrapage 2011 Afin d'étudier certains phénomènes biologiques producteurs d'énergie, on propose les données expérimentales suivantes : - Des cellules de levure de bière (champignon microscopique) sont cultivées en présence du glucose dans des conditions expérimentales différentes. Le document 1 résume les conditions et les résultats expérimentaux : NB : La membrane externe mitochondriale est normalement perméable aux protons H+. Expérience 2 : Des mitochondries sont placées dans un milieu riche en oxygène La figure (b) du document 3 présente les résultats de l'évolution de la concentration d'oxygène après l'ajout de quelques substances. Le document 4 montre les sites au niveau desquels agissent les substances ajoutées dans la première et la deuxième expérience. Pr. MOHAMMED ELMEKNASSIA A partir de l'exploitation des données des documents 3 et 4 et en utilisant vos connaissances, montrez la relation entre révolution de la concentration de H+ dans le milieu et la production d'ATP entre t1 et t2 (figure (a) du document 3) et expliquez l'évolution de la concentration d'oxygène. 5 2020/2021
