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