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SUJET INÉDIT
CONSEILS
Durée indicative de résolution :
– Lecture rapide de l’énoncé, choix de l’ordre des exercices, repérage des
annexes : 10 min.
– Partie I : 1 h 30 min.
– Partie II. Exercice 1 : 30 min.
– Partie II. Exercice 2 : 1 h 10 min.
– Spécialité partie II. exercice 2 : 1 h 10 min.
– Relecture : 10 min.
PARTIE I
Thème 1-A : Génétique et évolution (8 points)
QCM (3 points)
Cochez la proposition exacte pour chaque question.
Document 1
Question 1. (Doc. 1) Ce caryotype est celui d’une cellule diploïde car :
a) chaque chromosome possède deux chromatides ;
b) chaque type de chromosomes est en double exemplaire ;
c) chaque chromosome possède deux chromatides et la formule chromosomique
est de 2n = 46 chromatides ;
d) chaque chromosome est à une chromatide.
Document 2
Question 2. (Doc. 2) Ce caryotype de cellule est celui d’une cellule :
a) haploïde car chaque chromosome possède une chromatide ;
b) diploïde car chaque chromosome possède deux chromatides ;
c) diploïde car la formule chromosomique est 2n = 22 + 1 chromosome Y ;
d) haploïde car chaque type de chromosome est en un seul exemplaire.
Document 3
On croise une drosophile F1 double hétérozygote de phénotype dominant [ailes
longues, yeux rouges] avec une drosophile double homozygote P2 de phénotype
récessif [ailes vestigiales, yeux pourpres]. On obtient 4 phénotypes dans les proportions suivantes : 43,5 % [ailes longues, yeux rouges], 43,5 % [ailes vestigiales, yeux
pourpres], 6,5 % [ailes longues, yeux pourpres], 6,5 % [ailes vestigiales, yeux rouges].
Question 3. (Doc. 3) Ce croisement permet d’étudier la transmission :
a) des deux caractères « ailes vestigiales » et « yeux pourpres » ;
b) des deux caractères « longueur des ailes » et « couleur des yeux » ;
c) des deux phénotypes « longueur des ailes » et « couleur des yeux » ;
d) de deux gènes indépendants.
Question 4. (Doc. 3) Ce croisement permet de déterminer que les caractères
étudiés sont gouvernés par :
a) deux gènes portés sur la même paire de chromosomes et qui sont donc des
gènes indépendants ;
b) deux gènes indépendants situés sur deux paires différentes de chromosomes
homologues ;
c) deux gènes liés ;
d) deux gènes liés dont les locus sont situés l’un sur une paire de chromosomes
et l’autre sur une autre paire.
Question 5. Lors d’une mitose, la cellule mère subit une division cellulaire :
a) montrant une séparation des chromosomes homologues lors de l’anaphase ;
b) entraînant une réduction du nombre de chromosomes en anaphase, puis suivie
d’une duplication des chromosomes, rétablissant ainsi le caryotype ;
c) conservant l’intégralité de l’information génétique par une séparation des chromatides sœurs de chaque chromosome ;
d) permettant le passage de la diploïdie à l’haploïdie.
Question 6. Les formules chromosomiques 2n = 8 et 4n = 8 correspondent à des
cellules :
a) identiques du point de vue de leur bagage chromosomique ;
b) dont chaque type de chromosomes est respectivement en deux exemplaires et
quatre exemplaires ;
c) respectivement haploïdes et diploïdes, la cellule à 2n = 8 provenant d’une
méiose de la cellule à 4n = 8 ;
d) diploïdes dans les deux cas car n est précédé d’un nombre pair.
QUESTION DE SYNTHÈSE (5 points)
Au cours de la reproduction sexuée, la diversité des phénotypes observés dans les
générations successives est liée à une diversité génotypique des individus issus
de cette reproduction. La méiose est l’un des mécanismes qui assure un brassage
génétique et qui est donc source de diversité génétique des gamètes obtenus.
Question
À l’aide de vos connaissances, montrez le résultat d’un brassage intrachromosomique.
Vous illustrerez votre réponse à l’aide de schémas montrant les étapes clefs de
ce brassage à partir d’une cellule hétérozygote pour deux gènes A et B.
PARTIE II. Exercice 1 Thème 2-B : La plante domestiquée (3 points)
QCM
Après le tabac, le coton est la seconde culture industrielle du Zimbabwe, où près
de 70 % des récoltes proviennent de petites plantations. Une larve d’un papillon
de nuit (le budworm) menace gravement cette production cotonnière.
Pour lutter contre cet insecte, les agriculteurs ont utilisé des insecticides mais
ces traitements reviennent trop cher pour la majorité des exploitants (cinq à six
pulvérisations par an étant nécessaires) et sont dangereux pour les populations
locales. Le gouvernement du Zimbabwe réalise des essais non commerciaux de
coton Bt afin d’évaluer cette technologie.
Question
On cherche à comprendre, en exploitant les documents suivants, comment
les chercheurs ont mis au point ce coton transgénique et quelles sont les
conséquences de cette transgenèse.
Cochez la proposition exacte pour chaque question.
Document 1. La transgenèse du coton Bt
Cela fait maintenant plus de dix ans que le coton génétiquement modifié Bt est
commercialisé. Il a été depuis introduit et testé dans plus de vingt pays.
Le coton est sensible à de nombreux ravageurs tels que les chenilles de papillon. Ces
larves sont sensibles à une protéine « insecticide » produite par une bactérie (Bacillus
thuringiensis). Lorsque la protéine « insecticide » est ingérée par les chenilles, elle
provoque la paralysie de leur tube digestif et la mort de l’animal.
Grâce à la transgenèse, le gène issu d’un micro-organisme naturel, le « Bacillus thuringiensis » (Bt), est incorporé au génome des plantes de coton. Ce gène permet au coton
de produire une protéine « insecticide » pour la larve de papillon (qui l’ingère avec les
tissus de la plante). Il est ainsi protégé des insectes visés.
Comme elle est produite dans la plante, la protéine est protégée des facteurs climatiques et son efficacité dure plus longtemps que celle des traitements chimiques.
Protocole simplifié de la modification du coton par transgenèse
Bacillus thuringiensis
(bactérie)
extraction du
gène d’intérêt
(gène “insecticide”)
canon projetant
le gène
“insecticide”
dans les cellules
de cotonnier
billes de
tungstène
projection
enrobées du
gène d’intérêt
(gène “insecticide”) pénétration
Le cotonnier
fabrique
la protéine
insecticide
régénération
de plantules modifiées
billes de tungstène enrobées
du gène “insecticide” pénétration dans le noyau
des cellules de cotonnier
gène “insecticide”
intégré dans
l’ADN de la
cellule de cotonnier
divisions cellulaires
Document 2. Conséquences diverses de l’utilisation du coton Bt
Dans les premières années, quand le coton Bt maîtrisait le budworm, les agriculteurs ont réduit l’usage des pesticides à large spectre, réduisant ainsi leurs coûts et
augmentant leurs revenus. Ils ont ainsi réduit l’utilisation des pesticides par rapport
aux cultures de coton conventionnel.
Mais le coton Bt n’apportant aucun contrôle sur les insectes secondaires, ces derniers
ont vite pris la place du budworm. Selon les chercheurs de l’université de Cornell
(États-Unis), « une majorité des cultivateurs de coton Bt ont indiqué qu’ils devaient
traiter 15 à 20 fois plus qu’avant pour tuer les insectes secondaires qui ne nécessitaient
pas de pesticides les années précédant l’adoption du coton Bt ». En fait, en 2004, aux
États-Unis, les cultivateurs de coton Bt dépensaient autant pour les pesticides que les
cultivateurs de coton non Bt et au moins deux à trois fois plus pour les semences.
De plus, dans de nombreux pays, on constate que le budworm commence à développer
une résistance aux pesticides.
Question 1. La protéine « insecticide » contenue dans le coton transgénique :
a) s’attaque à tous les ravageurs du coton ;
b) asphyxie le budworm ;
c) paralyse le système digestif du parasite qui l’ingère ;
d) détruit tous les insectes qui se trouvent dans les champs de coton.
Question 2. Le coton Bt est issu de la transgenèse :
a) de la protéine « insecticide » de la bactérie Bacillus thurengiensis ;
b) du noyau de la bactérie Bacillus thurengiensis ;
c) du gène « insecticide » de la bactérie Bacillus thurengiensis ;
d) d’une protéine toxique pour le budworm.
Question 3. La fabrication du coton Bt a été faite pour :
a) pallier les problèmes liés à l’utilisation des pesticides ;
b) éviter l’apport massif d’engrais dans les cultures ;
c) éliminer tous les ravageurs du coton ;
d) développer la culture du coton dans le plus grand nombre de pays.
Question 4. D’après certains scientifiques, l’utilisation à long terme du coton Bt :
a) a permis de diminuer l’utilisation des pesticides ;
b) a entraîné une résistance du budworm aux pesticides ;
c) a rendu les cotonniers plus résistants aux parasites ;
d) a entraîné une résistance du budworm à la protéine « insecticide ».
PARTIE II. Exercice 2 Thème 1-B : Le domaine continental et sa
dynamique (5 points)
Les chaînes de montagnes peuvent présenter les traces d’un domaine océanique
disparu. Le massif du Chenaillet, situé dans les Alpes du Sud, présente ainsi
différents marqueurs de cette histoire. D’autres zones dans les Alpes témoignent
de la disparition d’un océan.
Question
Les observations de terrains et les études menées en laboratoire présentées
dans les documents permettent de témoigner d’une période caractérisée par
une expansion océanique suivie d’une période de subduction. Argumentez
cette affirmation à l’aide des informations extraites des différentes données.
Le document d’accompagnement doit être utilisé pour permettre de préciser les
conditions de formation de certaines roches et de situer ces événements dans le
temps. Il peut donc être utilisé à tout moment de votre développement.
Document 1. Coupe géologique du massif du Chenaillet (Alpes du Sud)
Chenaillet
Altitude (m)
2 600
2 500
2 400
2 300
2 200
2 100
Gabbros massifs
Gabbros lités
Basaltes en coussins
Péridotites métamorphisées
Basaltes en filons
250 m
Les gabbros et les basaltes sont des roches caractéristiques d’une croûte océanique.
Document 2. Étude de la composition minéralogique de deux roches
récoltées dans les Alpes
Figure 1. Échantillon macroscopique d’un métagabbro prélevé au massif du
Chenaillet
hornblende (amphibole brune)
pyroxène relique
plagioclase
chlorite
1 cm
Figure 2. Échantillon microscopique d’un métagabbro prélevé dans le Queyras
(Vallée du Guil – département des Hautes-Alpes)
Fig. 2a : Lame mince au microscope
optique × 100 en lumière analysée
­polarisée
Fig. 2b : Schéma d’interprétation
glaucophane
(amphibole
bleue)
pyroxène
relique
plagioclase
Document 3. Comparaison de la densité de différentes roches
Roches
gabbro métagabbro à
hornblende et
chlorite métagabbro à
glaucophane éclogite
Densité
2,9 à 3
3 à 3,1
2,9 à 3,2
3,3 à 3,5
L’éclogite est une roche qui peut être récoltée dans les Alpes italiennes au Mont Viso.
Sa composition minéralogique est caractérisée par la présence de grenat et de jadéite.
Document d’accompagnement. Domaines de stabilité de quelques
associations de minéraux de la croûte océanique
Température (en °C)
200
400
600
800
1 000
1 200
0 plagioclase
domaine
+ chlorite
Gabbro
plagioclase
liquide
+ actinote
plagioclase
+ pyroxène résiduel + amphibole
(hornblende) + pyroxène
0,5
glaucophane
+ pyroxène
+ plagioclase
résiduel
25
0
glaucophane
+ jadéite
1
alisé
n ré
s no ture
ition
na
cond dans la
50
es
2
Pression Profondeur
(en GPa) (en km)
glaucophane
+ grenat
+ jadéite
Diagramme pression/température
SPÉCIALITÉ PARTIE II. Exercice 2 Thème 3 : Glycémie et
diabète (5 points)
En laboratoire, on constate que des souris mutantes présentent un diabète.
Question
À l’aide des documents fournis et de vos connaissances, proposez une explication à l’origine de ce diabète.
Document 1
On injecte du glucagon marqué par un isotope radioactif chez une souris normale.
L’autoradiographie de cellules hépatiques révèle la présence du glucagon et l’endroit
où il s’est fixé (points noirs repérés par les flèches en couleur).
En utilisant de l’insuline marquée par un isotope radioactif, on obtiendrait une autographie
similaire mais les points ne se localiseraient pas tout à fait au même endroit.
Document 2
Des souris mutantes présentent les caractéristiques suivantes : obésité, hyperglycémie
chronique.
On prélève des cellules hépatiques de souris normales et de souris obèses puis on purifie les membranes plasmiques de ces cellules. Dans chaque cas, on mesure la quantité
d’insuline fixée au niveau des membranes.
Quantité d’insuline fixée
(10–12 mol.mg–1 protéines membranaires)
souris normales
25
20
15
10
souris obèses
5
Temps (min)
10 20 30 40 50 60
Document 3. Production et utilisation du glucose en fonction de l’insulinémie chez une souris non mutante
Production de glucose
(mg.kg–1.min–1)
Utilisation du glucose
(mg.kg–1.min–1)
2,5
12
2,0
10
1,5
8
1,0
6
0,5
4
0
2
10
50
U = unité arbitraire
200
1 000
Insulinémie (µU. ml–1)
CORRIGÉS
Corrigés
PARTIE I
Travail préparatoire – QCM
Dans la partie 1, une partie du questionnement peut être sous forme de QCM.
Ceux-ci peuvent ou non s’appuyer sur des documents qu’il faudra bien observer
et comprendre afin de répondre convenablement. Les QCM peuvent aussi porter
sur des notions fondamentales du programme de première S.
Question 1. La bonne réponse est la b ; et non a car une cellule diploïde peut être
à une ou deux chromatides au cours d’un cycle cellulaire ; la réponse c ne justifie
pas la diploïdie même si effectivement la formule est 2n = 46 chromosomes (et non
chromatides et sur ce caryotype, chaque chromosome possède deux chromatides ; la
réponse d est bien sûr fausse car ce n’est pas le nombre de chromatides qui justifie de
la diploïdie d’une cellule. En tout état de cause, ici on observe des chromosomes à deux
chromatides. La cellule était en métaphase, stade au cours duquel les chromosomes sont
dupliqués et au maximum de leur condensation.
Question 2. La bonne réponse est la d car une cellule haploïde est une cellule ne possédant qu’un seul exemplaire de chaque chromosome. Ne pas confondre avec une seule
chromatide. Le terme diploïde indique que les chromosomes sont en deux exemplaires
pour chaque type de chromosomes différents.
Question 3. La bonne réponse est la b ; et non a car « ailes vestigiales » et « yeux
pourpres » sont des phénotypes possibles pour chaque caractère étudié ; et non c car
« longueur des ailes » et « couleur des yeux » ne sont pas des phénotypes ; et non d car
les résultats montrent des gènes liés.
Question 4. La bonne réponse est la c ; ce croisement type croisement-test entre un
phénotype dominant et un phénotype récessif permet de connaître la position des gènes.
Les % des quatre phénotypes indiquent les % des gamètes produits par l’individu F1
hétérozygote. La bonne réponse est c car, dans le cas d’un brassage intrachromosomique, les gamètes avec des génotypes recombinés sont moins nombreux : la probabilité que s’effectue un crossing-over est relativement faible. Les deux gènes sont liés et
portés par la même paire de chromosomes homologues.
Question 5. La bonne réponse est la c ; et non a, ni b car au cours de la mitose, qui
est précédée d’une duplication des chromosomes, ce sont les chromatides sœurs qui
se séparent. La mitose permet de conserver le caryotype et donc la formule chromosomique de la cellule mère.
Question 6. La bonne réponse est la b ; n indique le nombre de types de chromosomes
différents pour 2n = 8, n = 4 ; pour 4n = 8, n = 2.
CORRIGÉS
Travail préparatoire – Question de synthèse
■■Comprendre le sujet
On vous demande de traiter le brassage intrachromosomique au cours de la
méiose afin de montrer la diversité génétique des gamètes obtenus. Il faut donc
que vous réalisiez une méiose à partir de deux gènes A et B liés sur la même
paire de chromosomes homologues. Le résultat de cette méiose devra apparaître
clairement afin de répondre au sujet.
Des schémas doivent être réalisés : sur la représentation des chromosomes en
prophase I de méiose avec la disposition des allèles. Bien réfléchir au nombre
de chromosomes nécessaires et partir d’une cellule à 2n chromosomes à deux
chromatides (la méiose est précédée d’une réplication de l’ADN).
N’oubliez pas d’indiquer les formules chromosomiques 2n et n, ainsi que les
génotypes obtenus à l’issue de la méiose.
■■Organiser son devoir
La question de synthèse est une réponse organisée, il est donc préférable de
faire apparaître un plan cohérent.
On attend que vous utilisiez les termes scientifiques en relation avec le sujet mais
aussi que vous sachiez définir correctement certains mots. Par exemple, dans ce
sujet, il faut définir les termes méiose et brassage intrachromosomique.
La rédaction est une qualité essentielle : vos phrases doivent être claires, la
syntaxe correcte. Il faut donc systématiquement relire votre texte.
Il est précisé dans le sujet que votre réponse doit être accompagnée de schémas.
Vous devez donc apporter un soin particulier aux schémas : des couleurs explicites (choix de la taille et de la couleur des chromosomes, nom des allèles…), et
des légendes claires et précises.
Introduction
La méiose est source d’un brassage génétique et assure une diversité des génotypes
des gamètes. Le brassage intrachromosomique intervient au cours de la prophase I de
méiose et assure un brassage entre gènes liés, c’est-à-dire situés sur la même paire de
chromosomes. En prenant l’exemple d’une cellule germinale à 2n = 2 chromosomes
portant deux couples d’allèles (A,a) et (B,b), on montre qu’un organisme diploïde
hétérozygote peut produire quatre types de gamètes différents.
I Mécanisme du brassage intrachromosomique
La méiose assure le passage de l’état diploïde à l’état haploïde.
La méiose est la succession de deux divisions cellulaires précédée d’une seule duplication des chromosomes. Ce processus de duplication se déroule au cours de l’interphase
et se réalise au cours de la réplication de l’ADN. La cellule diploïde qui entre en méiose
possède donc des chromosomes à deux chromatides.
La méiose comprend deux divisions successives, chacune comprenant une prophase,
une métaphase, une anaphase et une télophase.
CORRIGÉS
La première division méiotique ou division réductionnelle assure le passage de la diploïdie à l’haploïdie : passage d’une cellule diploïde à 2n chromosomes à deux chromatides
à deux cellules haploïdes à n chromosomes à deux chromatides.
En prophase I, l’appariement des chromosomes homologues favorise des enjambements entre les chromatides étroitement accolées. Ces enjambements sont visibles au
microscope à très fort grossissement et forment des figures appelées chiasmas. C’est au
niveau de ces chiasmas que peuvent s’effectuer des échanges de portions de chromatides
homologues. Ces échanges sont qualifiés de crossing-over.
Schéma de la prophase I pour une cellule mère des gamètes hétérozygote
de génotype (AB//ab)
cellule mère des gamètes
B
b
Aa
a
B b
A
chromatides
sœurs (issues de
la réplication)
Chromosome issu
d’un parent
Chromosome issu
de l’autre parent
centromère
enjambement
Appariement des chromosomes
homologues
1 cellule à 2n = 2 chromosomes à deux chromatides
À la métaphase I, les chromosomes toujours appariés se regroupent en plaque équatoriale. À l’anaphase I, les chromosomes homologues de chaque paire se disjoignent
et migrent en sens opposés vers les pôles de la cellule. La réduction du nombre de
chromosomes se déroule donc en anaphase I.
En télophase I, les deux cellules filles héritent d’un chromosome à deux chromatides
dont une est recombinée. Cette recombinaison est due au crossing-over.
Schéma de la télophase I
B
b
A
A
chromatides
recombinées
B
b
a
a
2 cellules à n = 1 chromosome à
deux chromatides
CORRIGÉS
II Résultat du brassage intrachromosomique en fin de méiose
La division réductionnelle est suivie de la deuxième division méiotique ou division
équationnelle.
Elle est comparable à une mitose. À l’anaphase II, les centromères se clivent et les
chromatides de chaque chromosome se séparent et migrent en sens inverse vers les
pôles de la cellule.
La division équationnelle donne quatre cellules à n chromosomes à 1 chromatide en
télophase II.
Schéma de la télophase II
B
b
B
b
A
A
a
a
gamètes recombinés
4 cellules à n = 1 chromosome à une chromatide
En fin de méiose, le brassage intrachromosomique permet l’obtention de quatre types
de gamètes : deux gamètes parentaux de génotypes (AB/) et (ab/) et deux gamètes
recombinés de génotypes (Ab/) et (aB/).
Les crossing-over sont relativement rares. Les gamètes obtenus par un brassage intrachromosomique représentent donc un plus faible pourcentage.
Conclusion
Au cours de la méiose, un brassage intrachromosomique augmente la diversité génotypique des gamètes. Ce brassage s’effectue entre gènes liés dont les locus sont situés
sur la même paire de chromosomes. À la faveur des enjambements en prophase I, des
échanges de portions de chromatides homologues peuvent s’effectuer. Ces crossingover sont responsables de l’apparition de nouvelles combinaisons d’allèles, c’est-à-dire
qui n’existaient pas chez les parents.
PARTIE II. Exercice 1
Travail préparatoire
■■Comprendre le sujet
Ce sujet permet de travailler sur une expérience de transgenèse. Il s’agit de
transférer un gène d’intérêt (ici le gène permettant de synthétiser une protéine
toxique) d’un organisme A (ici la bactérie Bacillus thurengiensis) dans le génome
CORRIGÉS
d’un organisme B (un végétal : le cotonnier). L’organisme B est génétiquement
modifié (OGM) : il peut fabriquer une protéine toxique de bactérie.
■■Organiser son devoir
Ce type d’exercice nécessite de s’appuyer sur les documents afin de répondre
correctement aux QCM posés. Ne vous lancez pas dans la lecture des QCM
tout de suite. Privilégiez une étude précise et approfondie des documents au
brouillon. Ce travail permettra d’éviter les confusions et vous permettra de
gagner du temps en évitant les allers-retours entre les QCM et les documents.
Question 1. La bonne réponse est la c, car la protéine toxique agit uniquement sur le
tube digestif des chenilles qui mangent les bourgeons floraux du cotonnier (doc. 1). Pas
la réponse d, car les autres insectes présents dans le champ se développent (doc. 2).
Question 2. La bonne réponse est la c, car la transgenèse correspond à un transfert
de gène entre un organisme A et un organisme B. Pas les réponses a et d, car on ne
transfère pas une protéine mais le gène permettant la synthèse de la protéine (doc. 1).
Question 3. La bonne réponse est la a, l’intérêt du coton Bt est de lutter contre un ravageur en réduisant le plus possible l’utilisation des pesticides, car les pesticides utilisés
en excès peuvent avoir des conséquences négatives sur les populations avoisinantes.
Question 4. La bonne réponse est la d, car on a pu constater que, même si l’utilisation
du coton Bt est efficace dans les premiers temps, à plus long terme, les budworms
deviennent résistants à la protéine toxique (doc. 2). Pas la réponse c, car on constate
que les autres insectes se développent dans les champs de coton. Pas la réponse a, car
les agriculteurs ont dû augmenter à long terme l’épandage de pesticides pour contrer le
développement des autres insectes.
PARTIE II. Exercice 2
Travail préparatoire
■■Comprendre le sujet
Ce sujet fait appel à des connaissances du cours (composition de la lithosphère
océanique et, en particulier, celle de la croûte océanique, lecture d’un diagramme
PT, métamorphisme). Cependant, il faut dans un premier temps exploiter les documents afin de vérifier la proposition de la question « une période caractérisée par
une expansion océanique suivie d’une période de subduction ». Il s’agit donc d’extraire des documents les informations qui montrent la présence d’une ancienne
lithosphère océanique et donc d’une phase d’expansion océanique. Ensuite, il
faut extraire des documents les arguments en faveur d’une disparition de cette
lithosphère océanique par subduction. La chronologie des deux épisodes pourra
être déterminée par l’étude de la composition minéralogique des roches mise en
relation avec le diagramme PTt (Pression/Température/temps).
CORRIGÉS
Enfin, il faut bien noter que le document d’accompagnement n’est pas à exploiter de façon exhaustive. Il doit être utilisé au fur et à mesure des besoins de
l’argumentation.
Le sujet se limite à ces deux phases, expansion-subduction. La collision ou les
explications d’une remontée de matériaux profonds ou encore le mécanisme
à l’origine de la présence des ophiolites en milieu continental n’ont pas à être
abordés.
■■Organiser son devoir
Il faut toujours lire l’ensemble des documents avant de répondre. Cela permet
d’avoir une vue générale du sujet et éventuellement d’annoter pour chaque
document les éléments essentiels qui permettront de répondre à la question.
Pour ce sujet, le plus simple et le plus logique est de suivre l’ordre des documents. Le premier document permet de prouver l’existence d’une ancienne
lithosphère océanique. Le deuxième document permettra de donner un cadre
chronologique en utilisant le document d’accompagnement et de montrer deux
types de métamorphisme : le premier lié à la phase d’expansion et le second à
une phase de subduction. Enfin, le troisième document permet de confirmer
la subduction en abordant l’un des facteurs de ce phénomène, l’augmentation
progressive de la densité des roches de la croûte océanique. Le document d’accompagnement doit être à nouveau utilisé puisqu’on précise la composition
minéralogique de l’éclogite.
La présence d’une chaîne alpine a été précédée par deux événements géologiques
successifs : une expansion océanique suivie d’une subduction. Des témoins de ces
deux épisodes permettent de retracer l’histoire de la région alpine.
Document 1
Le massif du Chenaillet montre une succession de roches : péridotites à la base, gabbros
avec quelques filons de basalte, puis basaltes en coussins.
Cette succession de roches est caractéristique d’une lithosphère océanique. Elle
témoigne de la présence d’un ancien océan et donc d’une période d’expansion océanique. Elle constitue une série ophiolitique, vestige d’une ancienne lithosphère océanique.
D’autre part, d’après le document d’accompagnement, le gabbro est une roche composée de plagioclase et de pyroxène.
Document 2 : Fig. 1.
Dans le massif du Chenaillet, les métagabbros montrent une composition minéralogique
comprenant, outre du plagioclase, du pyroxène relique et une amphibole appelée hornblende. Cette hornblende forme une auréole réactionnelle autour du pyroxène.
On peut donc en déduire que cette amphibole s’est formée après le pyroxène.
D’autre part, ces métagabbros contiennent un autre minéral, la chlorite.
En se référant au diagramme pression/température, on peut situer ce métagabbro : la
présence de plagioclase et de pyroxène montre bien qu’il s’agit d’un gabbro mais la
CORRIGÉS
présence de hornblende montre que ce gabbro a été soumis par la suite à une diminution de température car la hornblende apparaît à partir d’une température de l’ordre
de 700 °C.
De plus, la présence de chlorite montre que ce gabbro a été soumis à une plus importante diminution de température : la chlorite n’apparaît qu’à partir de 400 °C.
On peut en déduire que ces gabbros, après leur formation au niveau de l’axe d’une
dorsale océanique, se sont refroidis progressivement en s’éloignant de cet axe.
Ces transformations se font à l’état solide, il s’agit d’un métamorphisme qui a eu lieu
au cours d’une expansion océanique.
Document 2 : Fig. 2.
Dans les Hautes-Alpes, des gabbros ont été également récoltés (présence de plagioclase
et de pyroxène). Toutefois, on observe au microscope une auréole réactionnelle autour
du pyroxène relique.
En se référant au diagramme pression/température, la présence de glaucophane associé au plagioclase montre que ce gabbro a été soumis à une augmentation de pression
comprise entre 0,5 GPa et 1 GPa. Ces pressions correspondent à des profondeurs de
l’ordre de 15 à 30 km.
On peut en déduire que ce gabbro a été enfoui lors de la disparition de la lithosphère
océanique lors d’une subduction. Il s’agit ici d’un métamorphisme de subduction.
Document 3
La densité des deux types de roches étudiées précédemment montre que ces métagabbros sont plus denses que le gabbro. D’autre part, le métagabbro à glaucophane est plus
dense que le métaggabbro à hornblende et chlorite.
On peut en déduire que les transformations minéralogiques du métamorphisme d’expansion, puis du métamorphisme de subduction s’accompagnent d’une augmentation
de densité des roches de la croûte océanique.
D’autre part, une autre roche récoltée dans les Alpes, l’éclogite, présente une densité
encore plus élevée. Sa composition minéralogique, grenat et jadéite, montre en outre
que cette roche a été soumise à de très fortes pressions (supérieures à 1 GPa) qui
correspondent à des profondeurs de l’ordre de 50 km.
On peut en déduire que l’éclogite a été enfouie également lors d’une subduction et est
issue de la transformation minéralogique d’un métagabbro à glaucophane. Cette nouvelle
transformation métamorphique s’est accompagnée d’une augmentation de densité.
Bilan
Les arguments extraits des différents documents permettent ainsi de comprendre que
cette région a été le lieu d’une expansion océanique : la présence des ophiolites en
témoigne (doc. 1).
L’étude de la composition minéralogique permet de retracer une chronologie des événements : l’ancienne lithosphère océanique, en s’éloignant de son lieu d’origine, s’est
refroidie entraînant l’apparition au sein des gabbros de minéraux comme la hornblende
et la chlorite (doc. 2). Ces transformations s’accompagnent d’une augmentation de la
densité, un des facteurs qui amorceront la disparition de cette lithosphère par subduction (doc. 3). La lithosphère océanique est alors soumise à une augmentation de pres-
CORRIGÉS
sion, ce qui provoque l’apparition de glaucophane au sein des gabbros de la croûte
océanique, puis l’apparition de grenat et de jadéite. Ce métamorphisme de subduction
s’accompagne à nouveau d’une augmentation de la densité : ce phénomène entretient
la subduction.
SPÉCIALITÉ PARTIE II. Exercice 2
Travail préparatoire
■■Comprendre le sujet
Ce sujet ne présente pas de difficulté majeure. On recherche l’une des origines
possibles d’une hyperglycémie. (Une hyperglycémie chronique peut avoir
plusieurs origines.) Parmi ces origines, on peut avoir une absence totale d’insuline ou une insensibilité à l’insuline, ou encore une production abondante de
glucagon. Dans les deux cas, l’animal aura une hyperglycémie chronique. Les
documents permettent de trancher pour l’un des deux cas. À aucun moment, il
n’est fait état d’une absence totale d’insuline et, en plus, dans le document 2, on
observe que les souris étudiées fixent mal l’insuline sur les récepteurs spécifiques.
On peut donc pencher vers une insensibilité à l’insuline.
■■Organiser son devoir
Il faut analyser chaque document indépendamment. Le document 1 permettra
de montrer que les hormones (insuline et glucagon) intervenant dans la régulation de la glycémie ont des récepteurs membranaires sur les cellules hépatiques
et que ces récepteurs sont spécifiques à chaque hormone.
Le document 2 permettra de montrer que les souris étudiées sont insensibles à
l’insuline car la fixation de l’hormone sur les récepteurs spécifiques est nettement
inférieure à celle des souris non mutantes. On peut donc penser soit à un nombre
réduit de récepteurs à insuline, soit à une non-reconnaissance de l’insuline par
son récepteur.
Le document 3 permettra de montrer le rôle hypoglycémiant de l’insuline.
Le bilan doit comprendre votre démarche explicative pour répondre au problème
posé. Votre démarche devra s’appuyer sur un texte soigné (orthographe et
syntaxe), cohérent avec des connecteurs logiques et mettant clairement en
évidence les relations entre les divers arguments prélevés dans les documents
et dans vos connaissances.
On cherche à proposer des hypothèses pour expliquer une hypoglycémie chronique
chez des souris mutantes.
Document 1
L’autoradiographie révèle la présence de glucagon fixé en différents endroits de la
membrane plasmique de la cellule hépatique. L’insuline se fixe de la même manière
mais en des endroits différents.
Ces expériences permettent de montrer que le glucagon et l’insuline ont pour cellules cibles,
CORRIGÉS
les cellules hépatiques. Ces deux hormones ne se fixant pas aux mêmes endroits, on peut
penser que chaque type d’hormone se fixe sur des récepteurs spécifiques membranaires.
Document 2
Ces deux expériences diffèrent par l’origine des cellules hépatiques : dans un cas, on
utilise des cellules hépatiques de souris normales et, dans l’autre cas, de souris obèses
et diabétiques. Ainsi, si l’on observe une différence dans les résultats, on pourra en
déduire que le diabète tire son origine d’une anomalie sur les membranes des cellules
hépatiques.
Ainsi, chez les souris non mutantes, la quantité d’insuline fixée sur les membranes
plasmiques des cellules hépatiques augmente progressivement pour atteindre
25.10−12 mol.mg−1 de protéines membranaires.
En revanche, chez les souris obèses, caractérisées également par une hyperglycémie chronique (c’est-à-dire un diabète), la quantité maximale d’insuline fixée est de
5.10−12 mol.mg-1 de protéines membranaires.
Les cellules hépatiques des souris obèses et diabétiques fixent donc très peu l’insuline.
Elles sont relativement insensibles à l’injection d’insuline d’où une hyperglycémie
constatée. L’origine de cette hyperglycémie provient effectivement d’une anomalie des
membranes plasmiques hépatiques.
Document 3
Tout au long de cette expérience, on fait varier l’insulinémie et on observe les conséquences sur la production et l’utilisation du glucose par les cellules ; ainsi, si l’on
observe des différences dans les résultats, cela sera dû à la variation de l’insulinémie.
– Pour une faible concentration d’insuline dans le sang (10 µU.mL−1), la production de
glucose est importante (2 mg.kg−1.min−1) et son utilisation est presque nulle.
– Mais lorsque l’insulinémie augmente, la production de glucose diminue : pour une
insulinémie d’environ 100 µU.mL−1, la production de glucose est nulle. En revanche,
l’utilisation du glucose augmente pour atteindre 10 mg.kg−1.min-1 lorsque l’insulinémie
atteint 1 000 µU.mL−1.
L’augmentation d’insuline dans le sang favorise une baisse de la glycémie dans le
sang en diminuant la production de glucose et en augmentant l’utilisation du glucose
par les cellules.
Bilan
L’insuline est une hormone hypoglycémiante (doc. 3) car elle permet de diminuer la
concentration en glucose dans le sang. Cependant, elle ne pourra jouer son rôle que
si elle se fixe sur des récepteurs spécifiques situés à la surface des cellules hépatiques
(doc. 1). Ainsi, sous l’effet de l’insuline, ces cellules stockent du glucose sous forme de
glycogène. Cependant, la quantité d’insuline fixée étant faible chez des souris obèses
et diabétiques (doc. 2), l’effet hypoglycémiant de l’insuline est très faible. Les cellules
hépatiques stockent donc peu de glucose sous forme de glycogène. Ainsi, le glucose
non stocké provoque une hyperglycémie chronique (doc. 2). Le diabète constaté chez
les souris mutantes peut donc s’expliquer par une relative insensibilité à l’insuline ; on
peut soit supposer une diminution du nombre de récepteurs membranaires spécifiques à
l’insuline des cellules hépatiques, soit une diminution de la spécificité de ces récepteurs
membranaires.