DS n°3 2014 2015 - bcpst-svt-parc

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BCPST 1 Lundi 5 janvier 2015
851, 852 et 853
D.S. n°3
BIOLOGIE
Durée : 2 h
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Quelques aspects de l’implication des membranes dans la vie cellulaire
Le sujet comporte deux thèmes indépendants, à aborder tous les deux obligatoirement.
Des conseils pour traiter ce sujet :
 Ni introduction ni conclusion ne sont attendues.
 L'exposé sera simplement structuré en faisant clairement apparaître, au sein de chaque thème, le numéro de
chaque document étudié.
 L'exposé doit se limiter aux deux thèmes abordés par les documents.
 Les documents doivent tous être exploités avec rigueur et méthode. Selon les cas, il faut justifier les principales
étapes des protocoles expérimentaux.
Les documents peuvent être exploités sous différentes formes graphiques. Ils peuvent être découpés et collés sur la
copie à condition d'être légendés, commentés... Des croquis légendés des documents peuvent aussi être réalisés.
 De longs exposés de vos connaissances sur le sujet ne doivent pas être rédigés. Seules celles qui découlent
directement de l'exploitation des documents sont attendues.
Le sujet comporte 5 pages

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Thème 1 : Membranes et cytosquelette
 A partir de l’exploitation des documents proposés, montrez le rôle du cytosquelette dans les mouvements
cellulaires.
1. Mouvements de la cellule
Document 1.1. Conséquence de la polymérisation de l'actine chez Dictyostelium (être vivant unicellulaire
mobile).
A (haut et bas) : cellule au repos.
B (haut et bas) : cellule stimulée par de l'AMPc.
En haut : microphotographie électronique à balayage.
En bas : microphotographie électronique avec marquage fluorescent des filaments d'actine.
La barre d’échelle mesure 20 µm.
(T.D. Pollard et W.C. Earnshaw, « Biologie cellulaire », Elsevier Ed., 2004).
Document 1.2. Effets de la cytochalasine B sur la viscosité d’un gel
contenant de l’actine.
La cytochalasine est une substance toxique d’origine fongique qui inhibe
fortement certaines formes de mobilité cellulaire. Elle agit notamment en
modifiant la viscosité des gels formés par le mélange d’actine et d’autres
protéines.
La viscosité est ici exprimée en U.A. (unités arbitraires).
(J. Wilson et T. Hunt, « Biologie moléculaire de la cellule – livret d’exercices, 3
e
édition,
Médecine-Sciences Flammarion Ed.,1995).
Document 1.3. Aspect de filaments d’actine formés en présence ou en absence de cytochalasine B.
Des filaments d’actine de petite taille sont
tapissés de têtes de myosine (technique
favorisant l’observation et permettant
l’orientation des filaments d’actine) et mis en
présence d’actine monomérique avec ou
sans ajout de cytochalasine B.
Schémas d’interprétation :
(/ = têtes de myosine ; O = actine)
En haut : début de l’expérience.
En dessous : aspect des filaments après
des temps d’incubation croissants en
présence de monomères d’actine.
(J. Wilson et T. Hunt, « Biologie moléculaire de la
cellule – livret d’exercices, 3
e
édition, Médecine-
Sciences Flammarion Ed.,1995)
C
: Evolution de l'assemblage d'actine au cours du temps (les
lettres A et B correspondent aux cellules observées en ME).

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2. Mobilité des organites au sein de la cellule
Document 1.4. Photographie en microscopie électronique à balayage d’un mélanophore, après exposition
brève à un détergent : la membrane plasmique et le contenu soluble du cytoplasme ont été enlevés.
Dans les écailles de certains poissons, comme le poisson africain Tilapianossambica, on trouve des mélanophores,
cellules pigmentaires contenant de petits granules de pigment noir.
Ces mélanophores sont responsables de changements de coloration de la peau : en réponse à un stimulus nerveux
ou hormonal, les granules de pigment noir qu’ils contiennent peuvent être dispersés ou agrégés au milieu de la cellule
en quelques minutes.
(B. Alberts, D. Bray, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts, and J.D. Watson « Biologie moléculaire de la cellule » 3
e
éd., Flammarion Médecine-Sciences,
1998).
Document 1.5. Images en fond clair d’un mélanophore dans une écaille de poisson africain.
A gauche, sous l’effet d’une augmentation de l’AMPc, molécule informative.
A droite, sous l’effet d’une diminution de l’AMPc.
Document 1.6. Image d’immunofluorescence d’un mélanophore
marqué avec des anticorps spécifiques de la tubuline (même échelle que 1.5).

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Thème 2 : Membrane et communication
 A partir de l’analyse des divers documents fournis, dégagez les arguments permettant de proposer un
modèle de contrôle de la sécrétion d’insuline par les cellules B sous la forme d’un schéma.
Bien que les apports exogènes de substrats énergétiques soient intermittents, rythmés par les repas, la glycémie
(teneur de glucose dans le sang) ne fluctue que dans des limites étroites chez l’Homme. Cette stabilité est assurée
par un système hormonal très efficace qui exerce des effets opposés sur les organes qui stockent ou utilisent le
glucose. Alors que diverses hormones stimulent la production de glucose endogène, l’insuline est la seule hormone
capable d’empêcher la glycémie de s’élever exagérément. Cette hormone est sécrétée par les cellules B des îlots de
Langerhans situées dans le pancréas.
Document 2.1. Micrographie (MET) d’une cellule B d’un îlot de Langerhans (a). Détail de la surface cellulaire
(b). mp : membrane plasmique ; N : noyau ; i : insuline.
Document 2.2. Effets du glucose sur la sécrétion d’insuline.
L’étude est conduite in vitro par incubation d’îlots de Langerhans isolés dans des milieux de différentes concentrations
en glucose.
Document 2.3. Effets du glucose sur la teneur en ATP et
ADP de cellules B de pancréas de rat.
Des cellules B de pancréas de rat ont été séparées et
purifiées à partir de suspensions de cellules d’îlots de
Langerhans. Après culture pendant une nuit, les cellules ont
été incubées pendant 1 heure en présence de 1 ou 10 mM
de glucose, avant détermination de leur contenu en ATP et
ADP. Les valeurs sont des moyennes pour 15 lots de
cellules obtenues dans 5 expériences distinctes.

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Document 2.4. Étude en patch-clamp
de canaux K
+
sensibles à l’ATP, isolés
à partir de cellules B.
Chez les cellules B, le potentiel de
membrane (ou de repos) d’une valeur de
- 70 mV est principalement déterminé par
la présence de canaux K
+
sensibles à
l’ATP.
On rappelle que, par convention, une
déflexion vers le haut représente un flux
sortant d’ions.
Document 2.5. Potentiel de membrane et
concentration intracellulaire de Ca
2+
dans
une cellule B en fonction de la concentration
en glucose du milieu.
Graphique du haut : le potentiel de membrane
d’une cellule B au sein d’un îlot de Langerhans a
été enregistré à l’aide d’une micro électrode
intracellulaire.
Graphique du bas : la concentration
intracellulaire de Ca
2+
a été mesurée également.
La concentration de Ca
2+
du milieu
extracellulaire est restée constante (soit 0 mM,
soit 2,5 mM, valeur correspondant à la
concentration physiologique).
Document 2.6. Effets de deux agents
pharmacologiques, le diazoxide* et le
tolbutamide**, sur les cellules B des îlots
de Langerhans.
Les îlots ont été perfusés avec un milieu
contenant 15mM de glucose (G 15mM).
A. Le potentiel de membrane d’une cellule B
a été enregistré à l’aide d’une micro-électrode
intracellulaire.
B. La concentration de Ca
2+
cytosolique
[Ca
2+
]
i
des cellules B a été enregistrée.
C. La sécrétion d’insuline a été mesurée dans
ces cellules.
Source des documents pour la partie 2 :
J.-C. HENQUIN et P. GILON, « Le contrôle de la sécrétion d’insuline par le glucose : signaux déclenchants et amplificateurs » Médecine / Sciences
1995 ; 11 : 1235-42.
Banque de sujets concours Archimède.
*Le diazoxide
est un agent pharmacologique
qui ouvre les canaux K
+
indépendamment de
la teneur en ATP intracellulaire.
**Le tolbutamide provoque la fermeture des
canaux K
+
indépendamment de l’ATP
intracellulaire et de la présence de diazoxide.