bio_fr_2012-2 - Ecole Européenne de Strasbourg

publicité
BACCALAURÉAT EUROPÉEN 2012
BIOLOGIE
DATE : 14 juin 2012
DURÉE DE L’EXAMEN:
3 heures (180 minutes)
MATÉRIEL AUTORISÉ :
Calculatrice non graphique et non programmable
REMARQUES :
 Indiquer les 3 questions choisies (1 question P, 1 question G et 1
question E) en marquant d’une croix les cases appropriées sur le
formulaire fourni.
 Utiliser des feuilles d’examen différentes pour chaque question.
1/18
FR
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question P1
Page 1/3 Barème
a)
Le graphe ci-dessous, Figure 1, montre les changements de concentration de la
substance A de part et d’autre d’une membrane semi-perméable d’une cellule,
pendant une période de 50 minutes.
Fig 1
Extérieur
de la
cellule
Concentration
de la
substance A
/ mg dm-3
Intérieur
de la
Cellule
Temps / min
i. En vous aidant du graphe de la figure 1, justifier que le passage de la
substance A se fait par diffusion.
2
ii. Donner deux différences entre le transport passif et le transport actif.
2
iii. Si la substance A passait à l’intérieur de la cellule par transport actif, quelle
serait l’allure du graphe de la figure 1. (décrire ou illustrer à l’aide d’un
graphe).
2
b) Dans une expérience, des racines d’orge sont immergées dans une solution
contenant des ions nitrate et potassium. Ces ions entrent dans la cellule. Après
quelques heures, les racines sont retirées de cette solution et les concentrations
de ces ions sont mesurées dans la cellule et dans la solution - figure 2.
2/18
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question P1
Page 2/3 Barème
Fig 2.
légende
Concentration
ionique dans la
solution
Concentration ionique /
mmol dm-3
Concentration
ionique dans la
cellule
ions nitrate
c)
ions potassium
i. Préciser le type de transport pour ces deux ions. Justifier votre réponse à
l’aide des données de la figure 2.
4
ii. Les ions nitrate et potassium passent à travers la membrane plasmique grâce
à des protéines de transport. Démontrer, à l’aide de la figure 2, que le
transport de ces deux types d’ions à travers la membrane dépend de
protéines de transport différentes.
2
La figure 4 montre le taux d’activité photosynthétique, mesurée par la production
d’O2, en fonction de l’intensité lumineuse pour les feuilles A et B de la figure 3.
Ces feuilles sont placées dans les mêmes conditions de température et de
concentration en CO2.
La figure 3 montre une coupe transversale de deux feuilles, A et B.
Fig 3
3/18
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question P1
Page 3/3
Barème
Fig 4
V - volume d’oxygène
produit pour une
même surface de
feuille
L - Intensité lumineuse.
i. Légender les éléments de 1 à 6 des feuilles A et B de la figure 3.
3
ii. Parmi les deux coupes de la figure 3 laquelle correspond à une plante de
lumière, justifier votre réponse par deux arguments de structure.
3
iii. Décrire et interpréter les courbes 1 et 2 de la figure 4.
6
iv. Associer les coupes de feuille de la figure 3 aux courbes de la figure 4.
1
v. Quelles sont les différences de structure entre A et B de la figure 3 qui
justifient les maxima de volume d’oxygène des courbes 1 et 2 de la
figure 4.
2
d) La figure 5 présente la photographie d’une mitochondrie observée par
microscope électronique
Fig 5
i. Sur la figure 5, nommer les parties B et C de la mitochondrie.
2
ii. Donner trois similitudes de structure entre un chloroplaste et une
mitochondrie.
3
iii. Identifier les lettres qui représentent la localisation:
2
1. de la phosphorylation oxydative
2. du cycle de Krebs.
iv. Expliquer pourquoi la phosphorylation oxydative n’a pas lieu en absence
d’oxygène.
3
v. L’antimycine A est un inhibiteur de la chaine de transport des électrons. Il se
lie à l’un des transporteurs d’électrons (le complexe III). Quel sera l’effet de
l’antimycine A sur la production d’ATP ? Expliquer votre réponse.
3
4/18
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question P2
Page 1/4
Barème
a) En 1992, on a découvert une protéine membranaire appelée aquaporine-1
(AQP1; protéine canal) fonctionnant exclusivement comme un canal
membranaire pour le passage des molécules d’eau. La molécule AQP1 est une
protéine transmembranaire formée de 4 sous-unités. Chaque sous-unité est un
canal transmembranaire laissant passer des molécules d’eau. (Figure 1).
Fig. 1
Milieu Extracellulaire
Sous unité AQP1
bicouche
phospholipidique
Mouvement d’eau
Milieu Intracellulaire
i. Décrire brièvement quatre autres fonctions des protéines membranaires.
4
ii. En se basant sur la structure de l’aquaporine AQP1, expliquer ce que l’on
entend par “structure quaternaire” des protéines.
2
Des expériences ont été menées afin de déterminer le rôle de ces canaux
protéiques dans les mouvements d’eau. Des chercheurs ont enlevé le contenu
de globules rouges pour obtenir des structures formées uniquement d’une
membrane plasmique. Ces structures sont appelées “globules rouges
fantômes”.
Ces globules rouges fantômes sont remplis avec des solutions contenant de
l’eau radioactive, et on les place soit dans une solution isotonique, soit dans une
solution hypertonique. La vitesse de sortie des molécules d’eau radioactive est
mesurée (Unités Arbitraires - UA) dans ces deux milieux avant et après un
traitement qui inactive les molécules AQP1. D’après les résultats obtenus
décrits dans la figure 2, les chercheurs ont conclu que les échanges très
rapides d’eau ont lieu à travers les canaux de AQP1.
Fig. 2
Vitesse de sortie de l’eau radioactive (UA)
Solution externe
AQP1 actives
AQP1 inactivées
Isotonique
2.5
1.0
Hypertonique
20
1.8
5/18
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question P2
Page 2/4 Barème
b) En se référant aux expériences sur les globules rouges fantômes,
i. Comparer la diffusion et l’osmose.
2
ii. Expliquer pourquoi de l’eau radioactive est utilisée dans cette expérience.
1
iii. Le tableau de la figure 2 montre que dans un milieu isotonique des
molécules d’eau radioactives quittent les globules rouges.
3
Comment évolue le volume des globules rouges fantômes. Justifier votre
réponse.
iv. En utilisant les données du tableau de la figure 2 calculer, pour des
aquaporines AQP1 actives et inactivés en solution hypertonique, le taux de
variation des mouvements d’eau.
c)
1
Dans une autre expérience, des globules rouges humains sont placés dans des
solutions à concentrations croissantes en NaCl. Le pourcentage de globules
rouges hémolysés (éclatés) dans chaque solution est indiqué dans le tableau de
la figure 3.
Fig. 3
Concentration de
NaCl (%)
0.32
0.36
0.38
0.40
0.42
0.44
0.48
% de globules
rouges hémolysés
100
88
79
67
32
14
0
i. Expliquer pourquoi les globules rouges placés dans une solution à 0,32% de
NaCl sont hémolysés, alors que les globules rouges placés dans une solution
à 0,48% de NaCl ne sont pas hémolysés.
4
ii. Quand des globules rouges sont placés dans une solution à 1,2 % de NaCl,
on observe des cellules étoilées après 20 minutes.
3
Décrire ce qui s’est passé pour ces globules rouges, donner la cause.
d) L'amitrole est un herbicide non sélectif, très soluble dans l'eau, peu persistant
dans le sol où il est rapidement décomposé par voie microbienne.
Le graphique de la figure 4 ci-dessous représente les effets de l'application d'un
traitement unique à l'amitrole sur des plants de blé et de haricot.
L'activité photosynthétique des plants est mesurée entre deux et trente heures
après le traitement. Pendant toute la durée de l'expérience, les plants sont
maintenus à la lumière. Les valeurs sont exprimées en pourcentage par rapport
à des plants témoins non traités (témoin =100%).
6/18
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question P2
Page 3/4 barème
Fig. 4
Activité photosynthétique par rapport
à une activité témoin de 100%
Témoin
Blé
Haricot
Heures
après le
traitement
traitement
i. Comment peut-on mesurer l’intensité photosynthétique d’une plante ?
1
ii. Comparer l’intensité photosynthétique des plants traités à l’amitrole avec
l’intensité photosynthétique de plants non traités.
2
La taille des jeunes plants ainsi que leur concentration en chlorophylle et en
caroténoïdes sont mesurées douze jours après la mise en culture.
Le tableau de la figure 5 présente les résultats de plantes qui ont poussé en
présence de différentes concentration d’amitrole.
Fig. 5
Concentration en
amitrole (mol.dm-3)
Taille de jeunes
plants (mm)
Quantité de chlorophylle
par plant (µg)
Quantité de caroténoïdes
par plant (µg)
0 (témoin)
105.5
56.6
12.7
1x10-5
98.9
46.8
11.0
2x10-5
93.8
26.8
6.7
4x10-5
77.5
7.3
1.3
1x10-4
72.1
2.0
0.5
2x10-4
38.3
1.7
0.3
iii. Expliquer brièvement comment extraire les pigments d’une feuille verte.
7/18
2
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question P2
Page 4/4
Marks
Les pigments extraits de feuilles vertes sont constitués d’un mélange:
- de pigments verts, les chlorophylles a et b,
- de pigments jaunes et oranges, les caroténoïdes.
iv. Nommer la technique qui permet de séparer les différents pigments.
1
v. Pourquoi est-il possible de séparer par cette technique les différents pigments
photosynthétiques?
2
vi. A l’aide du tableau de la figure 5 décrire l’effet de concentrations croissantes
en amitrole sur la quantité de pigments chez les jeunes plants.
1
La figure 6 présente un spectre d'absorption et un spectre d'action
photosynthétique.
Fig. 6
Absorption (%)
chlorophylle b
chlorophylle a
caroténoïdes
Activité
photosynthétique (%)
Longueur d’onde (nm)
bleu
vert
rouge
vii. Donner les définitions pour les termes « spectre d’absorption » et «spectre
d’action ».
2
viii. Expliquer l’origine de la couleur verte de la plupart des végétaux en ayant
recours au spectre d’absorption.
2
ix. Décrire la relation entre le spectre d’absorption et le spectre d’activité
photosynthétique de la figure 6.
2
x. En exploitant les résultats des figures 5 et 6 expliquer comment l’amitrole
peut induire une diminution de la taille des plants.
5
8/18
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question G1
Page 1/3 Barème
a)
L'hémochromatose est l'une des maladies génétiques les plus fréquentes en
Europe du nord. Elle se caractérise par une accumulation progressive de fer
dans l'organisme due au dysfonctionnement d'une protéine intestinale, la
protéine HFE, qui normalement, régule l'entrée du fer dans les cellules
intestinales.
Dans 90% des cas, l'hémochromatose est liée à une mutation du gène HFE. Ce
gène existe sous deux versions : l'allèle HFE normal et l'allèle HFE muté, qui
codent respectivement pour une protéine HFE normale et une protéine HFE
anormale.
La figure 1 est une comparaison d'une portion des séquences nucléotidiques
des deux allèles HFE (brin non transcrit).
Fig. 1
Position des nucléotides
Allèle HFE normal
Position des nucléotides
Allèle HFE muté
835
840
845
850
I
I
I
I
...CAGAGATATACGTGCCAGGTG...
835
840
845
850
I
I
I
I
...CAGAGATATACGTACCAGGTG...
Fig 2 Tableau du code génétique.
i. À partir d’une séquence d’ADN, nommer les étapes qui conduisent à la
synthèse d’un polypeptide dans une cellule eucaryote. Préciser pour chaque
étape, la localisation, les organites et les principales molécules impliquées.
8
ii. Identifier et nommer le type de mutation en cause pour l'allèle HFE muté.
2
iii. Donner et comparer les séquences d'acides aminés codées par les deux
allèles à partir du nucléotide 834 jusqu'au 854.
4
9/18
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question G1
Page 2/3 Barème
La figure 3 représente l'arbre généalogique d'une famille dont certains membres
sont atteints d'hémochromatose
Fig. 3
Homme sain
Homme malade
Femme saine
Femme malade
iv. Déterminer le mode de transmission de la maladie. Justifier votre réponse.
3
v. Donner les génotypes possibles des individus II1, II2, III1 et III2. Définir les
symboles que vous utilisez.
4
b) On cherche à déterminer le génotype de trois enfants d'une famille où des cas
d'hémochromatose ont été observés. Pour cela on utilise une enzyme de
restriction, l'enzyme Rsa I permettant d'obtenir des fragments d'ADN pouvant
être séparés par électrophorèse. La figure 4 montre le site de restriction reconnu
et coupé par l'enzyme Rsa l.
Fig. 4
Coupure Rsa I
La figure 5 montre une partie d’un fragment de 357 nucléotides de l’allèle HFE
normal et muté. Le reste de la séquence est identique et ne présente pas de
sites de restriction Rsa I. Les tirets représentent des nucléotides de l’allèle
mutant identiques à ceux de l’allèle normal.
Fig. 5
Position des
nucléotides
HFE Normal
HFE Muté
10/18
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question G1
Page 3/3 Barème
i. À l'aide des figures 4 et 5 déterminer pour chacun des 2 allèles, le nombre et
la longueur des fragments obtenus après hydrolyse par Rsa I.
5
La figure 6 montre une partie d’un gel d'électrophorèse qui représente les
produits d’hydrolyse du fragment de 357 nucléotides par Rsa I. Ceux-ci
apparaissent sous forme de bandes sombres pour les trois enfants E1, E2 et E3.
Dans les conditions de cette électrophorèse, les fragments dont la taille est
inférieure à 50 nucléotides ne sont pas visibles.
Fig. 6
Sens de migration
de l’ADN
1
2
3
ii. Expliquer le principe de l'électrophorèse d’ADN.
2
iii. Préciser la taille des fragments 1, 2 et 3 visibles sur l'électrophorèse de la
figure 6, en les associant à l’allèle normal et à l’allèle muté.
6
iv. En déduire le génotype et le phénotype des trois enfants.
6
11/18
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question G2
Page 1/3 Barème
a)
La Figure 1 montre le tableau du code génétique.
Fig 1
i. Expliquer pourquoi les codons comportent trois nucléotides plutôt que deux.
3
Voici un fragment d’ADN correspondant à une partie du brin transcrit d’un gène
 Sens de la transcription
C A T C C A A A T T G T T G C C C G
ii. Écrire la séquence de l’ARNm pour ce fragment de gène.
1
iii. A l’aide du tableau et en utilisant les abréviations, écrire la séquence d’acides
aminés synthétisée pour ce fragment de gène.
2
Une mutation peut modifier l’ADN de différentes façons. Quelques mutations sont
représentées dans le document ci-dessous:
Séquence initiale :
C A T C C A A A T T G T T G C C C G
Mutation 1:
C A T C C A A A T T C T T G C C C G
Mutation 2:
C A T C C A A A T T T T G C C C G
Mutation 3:
C A T C C A A C T T G T T G C C C G
12/18
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question G2
Page 2/3 Barème
iv. Expliquer l’effet de chacune des mutations 1, 2 et 3.
6
v. En justifiant votre choix, laquelle de ces mutations aura le moins de
conséquences sur la structure primaire de la chaîne polypeptidique
synthétisée.
1
vi. En prenant pour exemple une maladie génétique de votre choix, expliquer les
conséquences d’une mutation génique.
3
b) La figure 2 montre les différentes étapes de la manipulation permettant
d’introduire un fragment d’ADN étranger dans une bactérie.
Fig 2
extraction
d’ARNm
étape A
ADN simple
brin
ADN
plasmidique
Ajout d’enzyme de restrictions
Plasmide ouvert, avec des
extrémités cohésives
ADN
double brin
Bactérie
réceptrice
Traitement par les ions
calcium et choc thermique
B
Mélange et incubation
i. Nommer l’enzyme de l’étape A qui permet d’obtenir de l’ADN
1
ii. L’ARNm de départ présente la séquence de nucléotides suivante:
2
-
U
A
A
C
U
G
C
C
G
-
Écrire la séquence de nucléotides correspondant à l’ADN simple brin
produite à l’étape A.
iii. Expliquer comment les bouts cohésifs permettent de joindre deux extrémités
d’ADN.
2
iv. Nommer l’enzyme utilisée pour lier deux fragments d’ADN entre eux.
1
v. Dans la figure 2, donner le terme correct pour « B ».
1
13/18
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question G2
Page 3/3 Barème
vi. Expliquer le rôle des ions calcium et du choc thermique, dans le traitement
des bactéries.
2
vii. Décrire et expliquer une méthode qui permet de sélectionner des bactéries
modifiées par un plasmide.
3
c) Le Maïs peut avoir des épis avec des graines de couleur pourpre ou rouge. La
couleur est déterminée par un gène possédant deux allèles : un allèle dominant
(A) déterminant la couleur pourpre, un allèle récessif (a) déterminant la couleur
rouge.
i. Déterminer les génotypes possibles issus d’un croisement entre un plant de
maïs hétérozygote et un plant de maïs homozygote avec des graines de
couleur rouge.
1
La couleur des graines de maïs est affectée par un deuxième gène situé sur un
autre chromosome qui présente deux allèles. L’allèle dominant (E) permet
l’apparition des couleurs pourpre ou rouge, l’allèle récessif (e) empêche
l’apparition des couleurs pourpre et rouge ; les graines sont alors blanches.
ii. Déterminer le génotype et le phénotype des graines issues d’un croisement
entre AAEE et aaee.
2
iii. Les plantes obtenues au croisement de la partie c)ii sont croisées entre elles.
Faites le tableau de croisement et donner tous les génotypes possibles.
3
iv. Écrire le ratio de phénotypes attendus pour le croisement obtenu dans la
partie c)iii.
3
v. Parmi les génotypes obtenus dans le croisement de la partie c)iii identifier
ceux, qui lors d’un auto croisement (self-cross), produisent uniquement des
graines blanches.
3
14/18
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question E1
Page 1/2 Barème
a)
L'Archaeopteryx est considéré comme un ancêtre commun entre les reptiles et
les oiseaux
Fig. 1
Archaeopteryx
Fig. 2
Oiseau
(poule)
Reptile
(iguanodon)
i. Donner deux similitudes entre les squelettes de l'Archéoptéryx et de l'oiseau
de la figure 2.
2
ii. Donner deux similitudes entre les squelettes de l'Archéoptéryx et du reptile de
la figure 2.
2
15/18
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question E1
Page 2/2 Barème
iii. Donner deux différences entre les squelettes de l’oiseau (poule) et du reptile
(Iguanodon) présentés en figure 2.
2
iv. Expliquer « l’homologie » en prenant un exemple sur les deux squelettes de
la figure 2.
3
v. A l’aide de la théorie de Darwin, expliquer pourquoi les oiseaux ont évolué en
développant un bec plutôt que des dents.
3
b) Le lac Malawi en Afrique de l'est contient environ 400 espèces différentes de
cichlidés. Ce sont de petites espèces de poissons aux couleurs vives. Toutes ces
espèces ont évolué à partir d'un même ancêtre commun.
i. Décrire une méthode expérimentale permettant aux scientifiques de savoir si
deux populations de cichlidés appartiennent à la même espèce.
2
ii. Au cours des 700 000 dernières années il y a eu de longues périodes où le
niveau de l'eau était plus bas et le lac Malawi scindé en plusieurs petits lacs.
Expliquer comment la formation de ces petits lacs a pu aboutir à la spéciation
des cichlidés.
4
iii. De nombreuses espèces de cichlidés sont de formes et de tailles similaires,
mais avec des couleurs différentes. Expliquer comment cette variabilité de
couleurs contribue à maintenir la diversité chez ces poissons.
2
16/18
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question E2
Page 1/2 Barème
a)
Les figures 1 et 2 montrent les crânes d’un Australopithèque, d’un gorille et d’un
Homo sapiens.
Fig. 1
Fig. 2
i. Lequel de ces cranes (X, Y, Z) correspond à chacune des trois espèces
mentionnées ? Justifier vos réponses en donnant deux arguments.
3
ii. Expliquer l’importance de la position et de l’orientation du trou occipital, dans
la bipédie.
2
iii. Donner trois autres changements anatomiques qui sont associés au
développement de la bipédie.
3
iv. Expliquer l’ordre d’apparition de la bipédie, du développement du cerveau et
du crâne dans l’évolution humaine.
4
17/18
BACCALAUREAT EUROPEEN 2012: BIOLOGIE
Question E2
Page 2/2
Marks
b) La phénylcétonurie est une maladie du métabolisme qui a pour conséquence le
retard mental si elle n’est pas soignée pendant l’enfance. La cause de cette
maladie est une mutation autosomale récessive. En Europe, 1 enfant sur 10000
est touché à la naissance. Les symptômes peuvent être réduits par une diète
sans phénylalanine.
L’équation d’Hardy-Weinberg est un moyen pour estimer le pourcentage de la
population porteuse de l’allèle responsable de la maladie.
i. Calculer la fréquence de l’allèle malade dans la population.
2
ii. Calculer la fréquence estimée de personnes porteuses de l’allèle malade
dans la population.
2
iii. Expliquer à l’aide de la figure 3 comment le goulot d’étranglement de
population, peut aboutir à une altération de la fréquence allélique dans la
population.
2
Fig 3
Population
de départ
Goulot
d’étranglement
Population
survivante
iv. Nommer deux facteurs autres que le « goulot d’étranglement » qui peuvent
altérer la fréquence allélique dans une population.
18/18
2
Téléchargement
Explore flashcards