sciences de la vie et de la terre

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EXAMEN BLANC DE DÉCEMBRE 2008
CLASSE DE 1ère S - DURÉE 3H00 - COEFFICIENT 6
SCIENCES DE LA VIE ET DE LA TERRE
CALCULATRICES INTERDITES
1.
RESTITUTION ORGANISÉE DES CONNAISSANCES (7 PTS)
L’étude d’une pathologie comme la drépanocytose, ou anémie falciforme, permet d’illustrer
plusieurs notions importantes :
-
d’une part le fait que le phénotype peut se définir à plusieurs niveaux,
-
d’autre part l’importance de la structure primaire d’une protéine pour sa fonctionnalité,
-
enfin que le phénotype dépend du génotype.
Vous présenterez les différents niveaux d’observation d’un phénotype à partir de vos connaissances
sur la drépanocytose et du document ci-dessous, extrait de votre livre, p.15.
Vous montrerez ensuite, à partir de la drépanocytose, et de tout autre exemple de votre choix, en
quoi la structure primaire d’une protéine conditionne sa fonctionnalité ; vous conclurez en
rappelant comment le phénotype dépend du génotype.
[Vous pouvez utiliser le code génétique présenté plus loin, mais ce n’est pas une obligation : le
raisonnement seul sera apprécié ;]
2.
EXPLOITATION DE DOCUMENTS (6 PTS)
Plutôt que présenter une exploitation de documents classique, j’ai préféré vous présenter trois
exercices simples, indépendants.
EXERCICE 1 : ÉLABORATION ET MIGRATION DES PROTÉINES DANS UNE
CELLULE DU PANCRÉAS EXOCRINE
Afin de déterminer le lieu de synthèse et de suivre le devenir des protéines sécrétées par les cellules
du pancréas exocrine, on procède à l'expérience suivante :
On injecte à un rat, soumis à un jeûne préalable, une solution contenant un acide aminé marqué
(leucine tritiée). Après un temps très court de 2 à 5 minutes, on fournit à l'animal le même acide
aminé mais non radioactif cette fois. Ce double traitement permet de suivre par autoradiographie le
cheminement de la leucine tritiée à l'intérieur des cellules. Pour cela on effectue des prélèvements,
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au niveau du pancréas, à des temps différents après l'application du traceur radioactif. Le schéma
suivant montre la progression de la radioactivité au niveau de différents organites cellulaires.
Au bout de 4 heures, la radioactivité ne persiste que dans les grains de sécrétion rejetés dans le
canal excréteur (E).
Temps après
injection
organite
radioactif
5 mn
A
10 mn
B
20 mn
C
60 mn
D
Quels renseignements nous apporte cette expérience sur les lieux d'élaboration et de migration des
protéines ?
EXERCICE 2 : RÔLES RESPECTIFS DU NOYAU ET DE L'ARN MESSAGER DANS LA
SYNTHÈSE DES PROTÉINES
Les hématies de l’homme (et des autres mammifères) n'ont pas de noyau lorsqu'elles se trouvent
dans le sang. Elles proviennent d'érythroblastes : cellules nucléées, qui, en perdant leur noyau, se
transforment en hématies anucléées.
Les érythroblastes nucléés réalisent la synthèse d'hémoglobine (protéine) qui s'accumule dans leur
cytoplasme. Après la perte du noyau, les cellules continuent cependant, mais pendant un temps très
court, à fabriquer de l'hémoglobine, puis la synthèse cesse.
Dans les hématies, il n'y a pas du tout de synthèse d’hémoglobine.
1. Quelle est la relation entre la présence du noyau et la synthèse d'hémoglobine ?
2. À quoi est due la capacité, pour les réticulocytes qui viennent de perdre leur noyau, de fabriquer
encore de l'hémoglobine ?
3. Pourquoi la synthèse cesse-t-elle ?
EXERCICE 3 : LE CODE GÉNÉTIQUE
L'encadré représente une séquence de nucléotides intervenant dans la mise en place des derniers
acides aminés d'une des deux chaînes polypeptidiques qui, associées, forment l'insuline humaine
(hormone).
GGA GAG CGU GGC UUC UAC ACU CCU AAG ACU
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1 - Reconstituez la séquence des huit derniers acides aminés de cette chaîne polypeptidique (voir
code génétique ci-dessous).
2 - Représentez la portion de gène (le brin d'ADN) contenant l'information nécessaire à la synthèse
de cette chaîne de huit acides aminés.
3.
RÉSOLUTION D’UN PROBLÈME (7 PTS)
Les lapins « sauvages » ont un pelage sombre. Les lapins dits « himalayens » ont un pelage blanc,
sauf aux extrémités (bout des pattes, du museau, de la queue, des oreilles). Les lapins « albinos »
ont un pelage uniformément blanc.
1) La couleur du pelage est du à la présence, dans le poil, d’un pigment sombre, la mélanine. La
synthèse de la mélanine se fait selon la suite de réactions :
Les lapins « albinos » ont le poil blanc, faute de mélanine. Une étude a été menée sur un groupe de
lapins albinos, de lignées différentes. Certaines cellules des poils ont été prélevées et leurs
concentrations en molécules précurseur ont été estimées. D’autres cellules des poils ont été
prélevées, et mises en présence de tyrosine. On a pu distinguer 3 lots de lapins albinos :
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Lots :
Concentration des cellules en Couleur prise par les cellules
molécules précurseur :
mises en présence de tyrosine
Alb.1
Normale
Incolore
Alb.2
Excessive
Sombre
Alb.3
Excessive
Incolore
Justifiez en quoi l’équipement enzymatique de chaque lot explique son albinisme.
2) L’enzyme 1 résulte de l’expression d’un gène possédant deux allèles : un allèle normal E1,
dominant, dont le site actif est fonctionnel. Un allèle e1, récessif, dont le site actif n’est pas
fonctionnel.
L’enzyme 2 est une tyrosinase qui résulte de l’expression d’un gène possédant deux allèles : un
allèle normal E2, dominant, dont le site actif est fonctionnel. Un allèle e2, récessif, dont le site actif
n’est pas fonctionnel.
Quels sont les phénotypes et génotypes moléculaires possibles des 3 lots de lapins albinos ?
3) Une analyse identique à celle décrite précédemment a été effectuée chez des lapins « sauvages »
et des lapins « himalayens ». L’expérience a été menée en laboratoire, dans des conditions de
température normales.
Lots :
Concentration des cellules en Couleur prise par les cellules
molécules précurseur :
mises en présence de tyrosine
Sauvage
Normale
Sombre
Himalayen
Normale
Sombre
On sépare par électrophorèse les protéines issues d’un broyat de cellules de la peau d’un lapin
« sauvage » et d’un lapin « himalayen » ; on repère sur l’électrophorégramme la tyrosinase :
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Que pouvez-vous en déduire quant à l’origine du phénotype alternatif sauvage/himalayen ?
4) Lorsque des lapins himalayens sont tondus et placés à 15° C pendant le temps de la repousse des
poils, ils acquièrent la couleur des animaux sauvages.
On teste in vitro la réaction entre la tyrosinase et son substrat. Pour cela on introduit dans un même
flacon une quantité Q de tyrosine et quelques milligrammes de tyrosinase extraite de lapins
sauvages ou himalayens. Une sonde permet de mesurer en continu la quantité de tyrosine restante
au cours du temps. Plusieurs flacons identiques sont placés dans des conditions de température
différentes. Les graphes ci-dessous ont été obtenus :
En conditions de vie normales, la température du corps des lapins est à 36° alors que la température
des extrémités (pattes, queue, oreilles) est aux alentours de 30°.
Montrez le rôle de l’environnement sur l’expression du génotype.